Sem verkfræðilegt málmefni sem hefur vaxið hratt á undanförnum árum hefur álblendi verið mikið notað í geimferðum, bifreiðum, skipum og öðrum sviðum vegna lágs þéttleika þess, mikillar sérstyrks og sérstakra stífleika og góðrar tæringarþols. .
Hins vegar takmarka röð vandamála eins og léleg suðuhæfni og léleg frammistaða myndlagsins við suðu þróun burðarhluta úr áli. Þess vegna hefur suðutækni úr áli orðið ein helsta rannsóknarstefna margra fræðimanna heima og erlendis.
Yfirlit yfir frammistöðu úr áli
Ál er mjög létt málmefni með þéttleika sem er aðeins 2,7g/cm3, sem er um 36 prósent af þéttleika stáls. Ál er notað til að framleiða vélræna hluta, sem geta dregið verulega úr þyngd og náð áhrifum léttrar þyngdar, orkusparnaðar og losunarminnkunar.
Sérstakur styrkur og sérstakur stífleiki álblöndu er hærri en 45 stál og ABS plast. Notkun álefna er stuðlað að framleiðslu á samþættum íhlutum með miklar stífnikröfur.
Ál hefur framúrskarandi hitaleiðni, rafleiðni og tæringarþol. Frammistöðubreytur A380 álblöndu og annarra efna eru sýndar í töflu 1.
Ál hefur góða vinnsluhæfni og endurvinnsluhæfni. Ef gert er ráð fyrir að skurðþolsstuðull magnesíumblendi sem auðveldast er að skera sé 1 er skurðþol annarra málma sýnd í töflu 2. Sjá má að skurðþol álblöndu er minna en kopar, járns. og önnur efni, og skurðarferlið er tiltölulega auðvelt.
Suðueiginleikar úr áli
Fyrir áhrifum af eðlis- og efnafræðilegum eiginleikum álblöndunnar eru ákveðnir erfiðleikar í suðuferlinu. Núverandi ál suðu hefur aðallega eftirfarandi vandamál: hitauppstreymi, uppgufun fjarlægingar, fastar innfellingar, hrun svitahola osfrv.:
Hitaálag
Álblöndur hafa hærri hitastækkunarstuðul og minni mýktarstuðul. Meðan á suðuferlinu stendur, vegna mikillar aflögunar og stórrar línulegrar stækkunarstuðulls álblöndunnar, er rúmmálsrýrnunarhraði við storknun um 6 prósent og kælihraði og frumkristöllunarhraði bráðnu laugarinnar er hratt, sem leiðir til innra álag suðunnar og stífni suðusamskeytisins. Stærra, það er auðvelt að valda meiri innri streitu í álsamskeyti, sem veldur meiri suðuálagi og aflögun, sem myndar galla eins og sprungur og bylgjuaflögun.
Ablation uppgufun
Ál hefur bræðslumark 660 gráður og suðumark 2647 gráður, sem er lægra en önnur málmefni eins og kopar og járn. Í suðuferlinu, ef suðuhitastigið er of hátt, er auðvelt að valda sprengingu og mynda skvett, sérstaklega í háorku geislasuðu, eins og sýnt er á mynd 1. Að auki er sumum málmblöndunnar bætt við álblönduna. hafa lágt suðumark, sem er mjög auðvelt að gufa upp og brenna við samstundis háan hitastig suðu, og skvettan sem myndast við sprenginguna mun einnig fjarlægja hluta af vökvadropunum, sem óhjákvæmilega breytir suðusvæðinu. Efnasamsetningin er ekki til þess fallin að stjórna frammistöðu soðnu samskeytisins. Þess vegna, til að vega upp á móti háhitahreinsun, eru suðuvír eða önnur suðuefni með hærra suðumarksefni en grunnmálmur oft notaður við suðu.
traust innlimun
Efnafræðilegir eiginleikar áls eru mjög virkir og oxast auðveldlega. Í suðuferlinu er yfirborð álblöndunnar oxað til að mynda Al2O3 með hátt bræðslumark (um 2050 gráður C, en bræðslumark áls er 660 gráður C, sem er mjög mismunandi). Oxíðin eru þétt og hafa mikla hörku og er blandað í bráðnu álvökvanum með lágum þéttleika á bráðnu laugarsvæðinu, sem auðvelt er að mynda fínt, fast gjall og erfitt er að losa, sem hefur ekki aðeins áhrif á uppbyggingu suðunnar, en framleiðir einnig auðveldlega rafefnafræðilega tæringu, sem veldur því. Vélrænni eiginleikar soðnu samskeyti minnka, og Al2O3 nær yfir bráðnu laugina og grópinn, sem hefur alvarleg áhrif á suðu málmblöndur og dregur úr örbyggingu og eiginleikum soðnu samskeyti.
Stomatal hrun
Bræðslumark álblöndu er mun lægra en oxíðs þess og eðli þess er líflegt og auðvelt að oxa það. Í suðuferlinu myndar álbræðið bráðna laug vegna háhitabræðslu. Álið á yfirborði bráðnu laugarinnar er oxað til að mynda oxíðfilmu sem hylur bráðnu laugina í föstu formi. Þar sem litur oxíðfilmunnar eftir bráðnun er ekki mikið frábrugðinn lit bræddu álblöndunnar og vegna þekju oxíðfilmunnar er erfitt að fylgjast með bráðnunarstigi álbræðslunnar meðan á suðuferlinu stendur. , þannig að það er auðvelt að valda því að hitastigið sé of hátt, sem veldur áhrifum suðuhita. Meginhluti svæðisins hrynur og eyðileggur lögun og eiginleika suðumálmsins.
Undir virkni samstundis mikils krafts suðuhitagjafans er mikið magn af vetnisgasi leyst upp í málmblandvökvanum. Eftir að suðu er lokið, þar sem hitastig bráðnu laugarinnar lækkar, minnkar leysni gassins einnig smám saman, sem verður aðalorsök svitahola í suðuferlinu. ástæða. Vegna þess að storknunarhraði álblöndunnar er of hratt og þéttleiki er lítill, myndast vetnishola af mismunandi stærðum við hraða storknun suðunnar. Þessar svitaholur munu halda áfram að safnast fyrir og stækka meðan á suðuferlinu stendur, mynda að lokum sýnilegar stórar svitaholur og draga úr byggingareiginleikum samskeytisins. Auðvitað myndast svitaholurnar ekki endilega við suðuferlið. Vegna áhrifa steyputækninnar mun grunnmálmurinn sjálfur einnig framleiða svitahola meðan á steypuferlinu stendur. Við suðu eru hitainntak og innri þrýstingur stöðugt að breytast, sem veldur því að upprunalegu svitaholurnar í grunnmálmnum stækka eða sameinast hvert öðru og mynda suðuholur. Eftir því sem hitainntak suðu eykst munu svitaholurnar einnig aukast. Þess vegna, til að stjórna uppsprettu vetnis, þarf suðuefnið að vera stranglega þurrkað fyrir notkun. Við suðu er straumurinn aukinn á viðeigandi hátt til að lengja tilverutíma bráðnu laugarinnar og gefa vetni nægan tíma til að botna út og stjórna þannig myndun svitahola.
mynd
Mynd.2 Myndun og samleitni munnhola
Flokkun suðutækni úr áli
Með stækkun notkunarsviðs álblöndur eru fleiri og fleiri vandamál lögð áhersla á. Með framvindu rannsókna hefur suðutækni álblöndu verið mjög þróuð. Sem stendur eru aðallega wolfram argon boga suðu (TIG), bráðið óvirkt gas suðu (MIG), leysir suðu (LBW), núning hrærið suðu (FSW) bíða.
Gas wolfram bogasuðu
Tungsten Inert Gas Welding (TIG) er dæmigerð óvirk gas varin suðu og er algengasta suðuaðferðin. Við suðu eru wolfram rafskautið og suðuyfirborðið notað sem rafskaut og helíum eða argon gas er flutt á milli rafskautanna tveggja sem hlífðargas til að vernda ljósbogann og vírinn og grunnmálmur bráðnar með tafarlausri háspennuútskrift, og álhlutar eru soðnir og myndaðir, og suðu og viðgerðir á steypugöllum.
Það hefur aðallega eftirfarandi tæknilega eiginleika:
Auðvelt í notkun, sveigjanlegt og stjórnanlegt, aðlögunarhæft að ýmsum vinnuaðstæðum og umhverfi og lágt í kostnaði;
Hitaáhrifasvæðið er þröngt og aflögun soðnu samskeytisins er lítil við nægilegt vírfóðrun og alhliða frammistaða samskeytisins er mikil;
Frammistaða suðuferlisins er góð og stöðug og suðusaumurinn er þéttur og fallegur.
MIG suðu
Bæði MIG (GMA-Gas Metal Arc Welding) og TIG eru óvirkt gas hlífðar suðu. Munurinn er sá að TIG-suðu notar wolfram rafskaut sem fast rafskaut en MIG-suðu notar fyllta vírefnið sjálft sem rafskaut.
Í málmóvirku gasvarið suðuferli úr áli, verka spennan og straumurinn á enda rafskauts suðuvírsins og samstundis myndast mikill þrýstingur á milli rafskautsins og grunnmálmsins, sem bræðir grunnmálminn og grunnmálminn. gróp, og dropinn í enda vírsins dettur af og fer lóðrétt yfir í grunnmálminn. Á bráðnu laug efnisins myndast suðusvæði.
Hins vegar er umsóknarferlið MIG-suðu úr álblöndu tiltölulega takmarkað, vegna þess að mýkt álvírsins leiðir til lélegrar vírfóðrunar og bráðna álið er líklegt til að mynda fyrirbæri sem "hangur en drýpur ekki" við suðu, sem er auðvelt. til að láta dropar skvetta. Kosturinn er sá að MIG-suðu er hraðari en TIG-suðu og hreyfisvið suðu er lítið við suðu á stórum vinnuhlutum. Með því að stilla vírfóðrunarhraðann getur suðuskilvirkni náð nokkrum metrum á mínútu.
laser suðu
Lasergeislasuðu (Laser Beam Welding LBW) notar háorku leysirpúlsa til að hita efnið staðbundið á litlu svæði. Orka leysigeislunarinnar dreifist inn í efnið með hitaleiðni og efnið er brætt til að mynda sérstaka bráðna laug. Eftir storknun er efnið tengt í One.
Kosturinn við leysisuðu er sá að suðuverkunarpunkturinn er lítill, aflhitagjafinn er einbeitt, hann getur soðið þykkar plötur, hitaáhrifasvæðið er þröngt og suðuaflögunin er lítil. En á sama tíma gerir leysisuðu miklar kröfur um suðustaðsetningu, dýr suðutæki og háan suðukostnað. Fyrir málmefni eins og ál og magnesíum er endurspeglun leysir mikil og bein suðu er erfið.
Geislunarefni með leysigeislum með mismunandi aflþéttleika sýnir að þegar aflþéttleiki vinnustykkisins nær meira en 107W/cm2, verður málmurinn í hitunarsvæðinu gasaður á mjög stuttum tíma og gasið rennur saman í lítið gat í bráðið laug og mynda a. Litla gatið er miðstöð varmaflutnings og bráðið laug myndast nálægt litlu gatinu, sem er "keyhole" áhrif leysis djúpsuðu. Til að koma í veg fyrir ójafnvægi bráðnu laugarinnar sem stafar af þessu fyrirbæri, er hægt að draga úr leysiorku, auka suðuhraða eða stjórna endurbræðslu á molasvæðinu til að fjarlægja loftbólur í samrunasvæðinu og draga úr myndun svitahola .
núningshræru suðu
Friction stir welding (Friction stir Welding, FSW) er ný tegund af fastfasa tengitækni sem byggir á hefðbundinni núningssuðutækni. Við viðmótið sem á að sjóða, þegar hrærihausinn fer fram eftir suðusaumnum, hækkar hitastig suðuefnisins og mýkti málmurinn verður fyrir mikilli plastaflögun undir áhrifum vélrænnar hræringar og uppnáms og myndar þétta fastfasa tengingu eftir dreifingu og endurkristöllun.
Í samanburði við hefðbundnar suðuaðferðir hefur FSW tæknin eftirfarandi kosti:
Lágt suðuhitastig og lítil suðuaflögun;
Góðir vélrænir eiginleikar suðunnar;
Suðuferlið er einfalt, hagkvæmt og umhverfisvænt.
Helstu vandamál og rannsóknaráherslur
Með beitingu álblöndu í fleiri og fleiri atvinnugreinum hefur vandamálið við viðgerðartengingu þess einnig vakið athygli fleiri og fleiri fræðimanna. Með ýmsum suðuprófunum á álblöndur kemur í ljós að þroski viðgerðartækninnar hefur ekki enn mætt þróunarþörfum iðnaðarins og enn eru ýmis vandamál í henni.
Gaswolframbogasuðu og málmóvirkt gas hlífðarsuðu eru tvær mest notaðar suðuaðferðirnar um þessar mundir, en þessar tvær tæknir hafa breitt hitaáhrifasvæði og þarf að bræða suðumálminn og storkna, sem hefur áhrif á uppbyggingunni. Stærri og afgangsstreitan er mikil, sem leiðir til alvarlegra áhrifa á vélrænni eiginleika liðsins. Orkugeislaþéttleiki leysisuðu er mikill og dýpt-til-breidd hlutfall suðunnar er stórt, en það er mjög auðvelt að mynda svitahola og dýr kostnaður takmarkar einnig vinsældir notkunar. Friction stir welding veitir lausn á hitavandamálinu, en núning stir welding krefst tiltölulega mikils þrýstings og framdrifs og búnaðurinn er almennt flókinn og fyrirferðarmikill sem takmarkar þróun hans.
Áhersla framtíðarrannsókna á skyldum efnum ætti að vera á eftirfarandi þáttum:
Byrjaðu á samruna suðu, stilltu suðuvírformúluna, bættu við sjaldgæfum jarðefnum eða veldu viðeigandi magn af suðuvirkja til að stjórna suðuaflöguninni, draga úr streitu og draga úr myndun svitahola.
Vegna stækkunar umfangs og notkunar málmblöndur eru þau venjulega notuð í tengslum við ólík efni, svo það er nauðsynlegt að framkvæma hringsuðutilraunir á milli ólíkra málma til að fá hágæða samskeyti.
Framkvæmdu rannsóknir á suðuhæfni samsettra hitagjafa, svo sem TIG-laser blendingssuðu, laser samsettrar núningshræru suðu, til að ná sem bestum suðuafköstum.
