1 preambula
Magnezijeve legure nisu samo lagane, visoke čvrstoće i niske cijene, već također imaju dobro prigušivanje vibracija, sposobnost lijevanja, električnu vodljivost, elektromagnetsku zaštitu i disipaciju topline, te su postale preferirani metalni materijali za mnoge industrijske proizvode. Trenutačno se legure magnezija naširoko koriste u komponentama s malom nosivošću kao što su okviri kokpita, nosači opreme i glavčine kotača u zrakoplovnoj industriji [1].
S transformacijom i nadogradnjom suvremene proizvodne opreme velikih razmjera, potražnja za laganim konstrukcijskim dijelovima od legure magnezija postala je vrlo hitna. Međutim, postoje mnogi nedostaci u zavarivanju magnezijevih legura i teško je dobiti zavarene spojeve s visokom kvalitetom oblikovanja i visokim sveobuhvatnim performansama. U ovom radu analiziraju se uzroci nedostataka pri zavarivanju legure magnezija i predlažu preventivne mjere, koje mogu pomoći popularizaciji i primjeni materijala od legure magnezija, a imaju i praktični značaj za područje proizvodne opreme.
2 Postupak zavarivanja legure magnezija
Uobičajeni postupci zavarivanja magnezijevih legura uključuju zavarivanje taljenjem i zavarivanje u čvrstoj fazi. Zavarivanje taljenjem uglavnom uključuje zavarivanje volframovim argonom, zavarivanje metala argonom, zavarivanje elektronskim snopom, lasersko zavarivanje i druge metode, a zavarivanje čvrste faze je uglavnom zavarivanje trenjem s miješanjem. Među njima, zavarivanje trenjem s miješanjem postalo je poželjna metoda zavarivanja zbog svojih prednosti manjeg pripremnog rada prije zavarivanja, bez potrebe za zaštitnim plinom i materijalima za zavarivanje, zavarivanja u svim položajima, dobrih mehaničkih svojstava zavarenih spojeva i malog naprezanja nakon zavarivanja deformacija. Međutim, zavarivanje trenjem s miješanjem ima nedostatke da zavarivanje mora biti kruto pričvršćeno, brzina zavarivanja je mala, glava za miješanje se brzo troši i ključanica se lako oblikuje na kraju zavarivanja, što zavarivanje topljenjem čini uobičajenom metodom zavarivanja .
3. Analiza grešaka pri zavarivanju legure magnezija
Magnezijeve legure imaju nedostatke poput lakog isparavanja, lake oksidacije, lakog nitriranja i velikog toplinskog naprezanja, te često pokazuju različite nedostatke zavarivanja tijekom zavarivanja. Razvrstani su uzroci i preventivne mjere uobičajenih nedostataka kao što su pore, toplinske pukotine i deformacije.
3.1 Stomati
(1) Uzroci stvaranja Pore se često pojavljuju u zavaru spoja za zavarivanje topljenjem. Na primjer, Slika 1 prikazuje morfologiju pora zavarenog šava običnog tlačno lijevanog AZ91D spoja za elektrolučno zavarivanje legure magnezija argon volfram. Postoje dvije vrste mikroskopskih pora u kojima dominira plin vodik i zapletene makroskopske pore u kojima dominira dušik [2].
Formiranje pora uglavnom se pripisuje dvama razlozima: jedan je da se netopljivi plin koji nastaje metalurškom reakcijom u bazenu za zavarivanje skuplja između skrutnutih kristala dendrita i nije ga lako isprazniti da bi se formirale pore; drugi je zato što bazen za zavarivanje apsorbira i otapa neke U fazi skrućivanja, topljivost plina se brzo smanjuje s naglim padom temperature bazena rastaline, a plin se lako skuplja na prednjoj strani rastućih dendrita, tvoreći pore duž kristalni sloj.
Tijekom zavarivanja taljenjem magnezijevih legura, pore uglavnom potječu od otopljenog vodika, dok vodik u bazenu rastaljevine uglavnom dolazi od vlage oko osnovnog metala, žice za zavarivanje ili atmosfere stupca luka. Magnezijeve legure imaju jaku toplinsku vodljivost, a brzina skrućivanja rastaljenog bazena je vrlo brza, uzrokujući izlazak vodika i stvaranje pora. U isto vrijeme, MgO film se lako oblikuje na površini legure magnezija. Što je veći sadržaj Mg, to dovodi do više MgO, MgO je labaviji od Al2O3 i drugih oksida, te lakše apsorbira vodu i stvara pore.
Trenutačno je najveća poroznost zavarenih spojeva zavarivanjem zaštićenim inertnim plinom (MIG). To je zato što se MIG zavarivanje oslanja na kontinuirano taljenje žice za zavarivanje, a oksidni film u žici za zavarivanje će snažno otopiti vodu u kapljicama, što će rezultirati hidrogenacijom rastaljene lonce. . Zavarivanje elektronskim snopom i lasersko zavarivanje također imaju veću poroznost u zavarenom spoju, što je posljedica manjeg unosa topline kod zavarivanja ovih dviju metoda, veće brzine hlađenja bazena rastaline, a vodik u bazenu rastaline nema vremena izaći.
(2) Preventivne mjere Obrada prije zavarivanja: kombinirajte mehaničko čišćenje i kemijsko čišćenje kako biste što je više moguće uklonili oksidni film i mrlje od ulja na površini osnovnog metala i žice za zavarivanje; koristite metode sušenja kako biste u što većoj mjeri uklonili vlagu s površine osnovnog metala i žice za zavarivanje; pokušajte izbjeći zavarivanje u okruženju.
Optimiziranje parametara zavarivanja: Parametri zavarivanja mogu utjecati na uvjete ispuštanja plina i taljenja u bazenu rastaljene tvari. Kada su uvjeti istjecanja povoljniji od uvjeta taljenja, moguće je smanjiti poroznost. Slika 2 prikazuje odnos između tendencije poroznosti legure aluminija i magnezija LF6 i parametara zavarivanja [3]. Veća struja zavarivanja i veća brzina zavarivanja pogoduju smanjenju poroznosti.
Zaštitna atmosfera ima odgovarajuća oksidativna svojstva: iz perspektive sprječavanja otapanja vodika, dodavanje male količine CO2 ili O2 inertnom plinu koji se koristi za zaštitu od zavarivanja kao što su Ar i He može pomoći u smanjenju poroznosti.
3.2 Toplinske pukotine
(1) Uzroci nastanka Najčešće toplinske pukotine su pukotine skrućivanja i pukotine likvefakcije. Pukotine skrućivanja su pukotine uzrokovane odvajanjem preostalog tekućeg filma između metala zavara kada temperatura skrućivanja padne blizu solidus linije. Pukotina ukapljivanja je da se interkristalna faza topi u tekuću fazu kada se područje blizu proreza pregrije, a tekući film se odvaja i puca. Na primjer, slika 3 prikazuje stanje pukotina skrućivanja u zavaru koje odgovara različitim brzinama zavarivanja tijekom laserskog zavarivanja legure magnezija ZK60 [4].
Tijekom procesa zavarivanja, glavni legirajući element magnezij lako reagira s elementima u tragovima kao što su aluminij, bakar, nikal itd. da bi se stvorio eutektički spoj niske točke taljenja. Tijekom skrućivanja, u temperaturnom području krhkosti, ovi neočvrsnuti eutektici će se raspodijeliti među zrncima u obliku tekućeg filma, što ozbiljno smanjuje silu međuzrnastog vezivanja. Magnezijeva legura ima veliki koeficijent toplinskog širenja, što uzrokuje veliku toplinsku deformaciju tijekom zavarivanja, te će biti podvrgnuta velikom naprezanju skupljanja tijekom skrućivanja. Intergranularni tekući film je teško odoljeti ovom naprezanju skupljanja, a lako je napuknuti i stvoriti pukotine skrućivanja. Na isti način, toplinska vodljivost i brzina deformacije legure magnezija relativno su velike, a toplinski ciklus zavarivanja brzo će rastopiti intergranularnu fazu u blizini šava, a mehanička svojstva granice zrna će se smanjiti, što je lako puknuti pod stres.
(2) Preventivne mjere Prilagodite sadržaj elemenata u osnovnom metalu i žici za zavarivanje: ograničite sadržaj elemenata koji se lako odvajaju i štetnih nečistoća u osnovnom metalu i žici za zavarivanje i minimizirajte pojavu makrosegregacije i druge faze niskog tališta u zavaru.
Optimiziranje parametara zavarivanja: odabirom razumne brzine zavarivanja, Slika 4 prikazuje odnos između oblika bazena taline i brzine zavarivanja [3]. Pri zavarivanju pri maloj brzini, rastaljena lonac je eliptična, a stupčasti kristali rastu do sredine zavara u obliku riblje kosti, što nije lako oblikovati odvojene slabe površine, a tendencija toplinskih pukotina je mala; ali kada se zavariva velikom brzinom, rastaljena lonac je u obliku suze, a stupčasti kristali su slični Raste okomito na os zavara, i lako je formirati slabu površinu odvajanja na površini susreta i tendenciju toplinskog krekiranja je velik. Također je moguće pročistiti veličinu zrna i smanjiti veličinu intergranularne faze odgovarajućim smanjenjem unosa topline zavarivanja i usporiti naprezanje skrućivanja i skupljanja zavara smanjenjem brzine hlađenja, a sve to može smanjiti pojavu toplinske pukotine.
Razumna kontrola sputavanja: Kontrolom sputavanja, opterećenje zgloba se smanjuje koliko god je to moguće. Na primjer, odabir odgovarajućeg slijeda zavarivanja. Kada je redoslijed zavarivanja nepravilan, zadnjih nekoliko zavara može biti u stanju velikog ograničenja, teško se slobodno skuplja, količina naprezanja se značajno povećava i sklone su pojave pukotina.
3.3 Deformacija
(1) Uzroci nastanka Magnezijeve legure imaju visoku toplinsku vodljivost i veliki koeficijent toplinskog širenja, tako da je brzina hlađenja zavarenog šava brza, a područje blizu šava i osnovni metal lako se deformiraju naprezanjem skupljanja, a konačni oblik i promjena veličine. Na primjer, slika 5 pokazuje da aluminij-magnezijeva legura ima konkavnu deformaciju jer je kutni zavar mlaznice preblizu obodnom zavaru cilindra [5].
(2) Preventivne mjere Optimizirajte strukturu zavara: racionalno rasporedite položaj zavara, osigurajte da svaki zavar ima dovoljno prostora za disipaciju topline i izbjegavajte pretjeranu koncentraciju zavara u tom području; odabrati odgovarajući oblik i veličinu zavara [6].
Povećajte krutost i pričvršćivanje: Prilikom zavarivanja ploča od legure magnezija, koristite posebne učvršćivače, potporne šipke i druge uređaje za pričvršćivanje ploča od legure magnezija na radni stol. Nakon hlađenja na sobnu temperaturu nakon zavarivanja, koristi se metoda udaranja čekićem za oslobađanje dijela naprezanja zavarivanja, a zatim se uklanja kruta fiksacija.
Prethodno zagrijavanje prije zavarivanja: Prethodno zagrijavanje prije zavarivanja povećava temperaturu osnovnog metala kako bi se osiguralo smanjenje temperaturne razlike između zavarenog metala i okolnog osnovnog metala tijekom zavarivanja, čime se smanjuje unutarnje naprezanje uslijed skupljanja pri zavarivanju.
Odaberite razuman redoslijed zavarivanja: Podijelite komponentu u nekoliko malih jedinica na odgovarajući način, zavarite svaku malu jedinicu zasebno, a zatim zavarite male jedinice kao cjelinu, tako da se asimetrični zavari ili zavari s velikim skupljanjem mogu slobodnije skupljati bez skupljanja. utjecati na cjelokupnu strukturu [7].
Kontrola protiv deformacije: Procijenite veličinu i smjer deformacije zavarivanja, a zatim postavite umjetne deformacije suprotnih smjerova i jednakih veličina tijekom sklopa zavarivanja, tako da se deformacija nastala zavarivanjem može nadoknaditi unaprijed postavljenom antideformacijom.
3.4 Ostali nedostaci
(1) Rupe Rupe se često pojavljuju u zavaru zavarenih spojeva trenjem i miješanjem. Na primjer, slika 6 prikazuje defekt šupljine u šavu zavarivanja trenjem i miješanjem legure magnezija AZ31 [8]. Kod zavarivanja magnezijevih legura, kada je unos topline zavarivanja nedovoljan, plastična deformacija nataloženog metala bit će nedovoljna, fluidnost materijala bit će loša, a unutrašnjost zavara neće biti potpuno zatvorena, stvarajući rupe; kada je unos topline za zavarivanje prevelik, glava za miješanje će biti uzrokovana Materijal za zavarivanje na prednjoj strani se širi i prelijeva, a zatrpavanje je nedovoljno, stvarajući rupe; kada se koristi stupna ili konusna glava za miješanje bez navoja, plastična deformacija materijala u području zavara je nedovoljna i lako se stvaraju rupe. Pojava nedostataka rupa može se izbjeći razumnom kontrolom brzine zavarivanja i brzine rotacije glave za miješanje kako bi se prilagodio unos topline zavarivanja ili odabirom odgovarajuće geometrije glave za miješanje.
slika
Sl.6 Defekt pora tarnog zavarenog spoja AZ31 legure magnezija (AS je prednja strana, RS je stražnja strana)[8]
(2) Progorenost Progorenost se često javlja u zavarenom šavu zavarenog spoja topljenjem. Zbog visokog tališta magnezijevog oksida i niskog tališta legure magnezija, teško ih je spojiti kada su međusobno spojeni. Kada je lim od legure magnezija zavaren, teško je promatrati taljenje zavara. Nakon što se unos topline poveća do nerazumnog raspona, boja rastaljene posude se ne mijenja značajno, ali neotopljeni metal ispod rastaljene posude ne može se oduprijeti naprezanju koje prima, i u tom trenutku dolazi do pregorevanja. Dobro očistite površinu legure magnezija prije zavarivanja i zavarite što je prije moguće nakon čišćenja kako biste izbjegli pojavu progorenih defekata. Osim toga, optimiziranjem parametara zavarivanja kako bi se ograničila dubina prodiranja, može se izbjeći i progorevanje.
4 Analiza tipičnih slučajeva zavarenih nedostataka u legurama magnezija
Magnezijeva legura GW63K debljine 6 mm zavarena je laserskim zavarivanjem odnosno zavarivanjem elektronskim snopom, a makroskopski izgled zavarenog šava prikazan je na sl. 7 i sl. 8. Dvije vrste šavova za zavarivanje topljenjem imaju očite nedostatke kao što su prskanje i podrezivanje, koji su uzrokovani niskim talištem legure magnezija, velikim koeficijentom toplinskog širenja i velikim unosom topline zavarivanja. Naknadne metode mogu se koristiti za smanjenje unosa topline zavarivanja. Optimizacija procesa.
slika
Slika 7 Makroskopska morfologija laserski zavarenog šava legure magnezija GW63K
slika
Slika 8. Makroskopska morfologija zavarenog šava elektronskom zrakom legure magnezija GW63K
