1 voorwoord
Magnesiumlegeringen zijn niet alleen licht, zeer sterk en goedkoop, maar hebben ook een goede trillingsdemping, gietbaarheid, elektrische geleidbaarheid, elektromagnetische afscherming en warmteafvoer, en zijn de favoriete metalen materialen geworden voor veel industriële producten. Op dit moment worden magnesiumlegeringen veel gebruikt in componenten met een klein draagvermogen zoals cockpitframes, apparatuurbeugels en wielnaven in de luchtvaartindustrie [1].
Met de transformatie en verbetering van moderne grootschalige productieapparatuur is de vraag naar lichtgewicht structurele onderdelen van magnesiumlegering zeer urgent geworden. Er zijn echter veel defecten bij het lassen van magnesiumlegeringen en het is moeilijk om lasverbindingen te verkrijgen met een hoge vormkwaliteit en uitgebreide prestaties. Dit document analyseert de oorzaken van lasdefecten van magnesiumlegeringen en stelt preventieve maatregelen voor die kunnen helpen bij de popularisering en toepassing van materialen van magnesiumlegeringen, en heeft praktische betekenis voor het gebied van productieapparatuur.
2 Lasproces van magnesiumlegering
Gangbare lasprocessen voor magnesiumlegeringen zijn onder meer smeltlassen en lassen in vaste fase. Fusielassen omvat voornamelijk wolfraam-argobooglassen, metaal-argonbooglassen, elektronenstraallassen, laserlassen en andere methoden, en lassen in vaste fase is voornamelijk wrijvingsroerlassen. Onder hen is wrijvingsroerlassen een geprefereerde lasmethode geworden vanwege de voordelen van minder voorbereidend werk voor het lassen, geen behoefte aan beschermgas en lasmaterialen, lassen op alle posities, goede mechanische eigenschappen van lasverbindingen en kleine spanningen na het lassen vervorming. Wrijvingsroerlassen heeft echter de nadelen dat de las stevig moet worden gefixeerd, de lassnelheid laag is, de roerkop snel slijt en het sleutelgat aan het einde van de las gemakkelijk te vormen is, waardoor smeltlassen een gebruikelijke lasmethode is. .
3 Analyse van lasfouten van magnesiumlegering
Magnesiumlegeringen hebben nadelen zoals gemakkelijke verdamping, gemakkelijke oxidatie, gemakkelijke nitrering en grote thermische spanning, en vertonen vaak verschillende lasfouten tijdens het lassen. De oorzaken en preventieve maatregelen van veelvoorkomende defecten zoals poriën, thermische scheuren en vervorming worden uitgezocht.
3.1 Huidmondjes
(1) Oorzaken van vorming Poriën verschijnen vaak in de las van de smeltlasverbinding. Figuur 1 toont bijvoorbeeld de poriemorfologie van de lasnaad van een gewone spuitgegoten AZ91D magnesiumlegering argonwolfraambooglasverbinding. Er zijn twee soorten microscopische poriën die worden gedomineerd door waterstofgas en verstrengelde macroscopische poriën die worden gedomineerd door stikstof [2].
De vorming van poriën wordt voornamelijk toegeschreven aan twee redenen: de ene is dat het onoplosbare gas dat wordt gegenereerd door de metallurgische reactie in het lasbad zich verzamelt tussen de gestolde dendrietkristallen en niet gemakkelijk kan worden afgevoerd om poriën te vormen; de andere is omdat het lasbad wat absorbeert en oplost. In de stollingsfase neemt de gasoplosbaarheid snel af met de scherpe daling van de temperatuur van het smeltbad, en het gas verzamelt zich gemakkelijk aan de voorkant van de groeiende dendrieten en vormt poriën langs de kristallen laag.
Tijdens het smeltlassen van magnesiumlegeringen zijn de poriën voornamelijk afkomstig van opgeloste waterstof, terwijl de waterstof in het smeltbad voornamelijk afkomstig is van het vocht rond het basismetaal, de lasdraad of de atmosfeer van de boogkolom. Magnesiumlegeringen hebben een sterke thermische geleidbaarheid en de stollingssnelheid van het smeltbad is erg snel, waardoor waterstof ontsnapt en poriën ontstaan. Tegelijkertijd is MgO-film gemakkelijk te vormen op het oppervlak van magnesiumlegering. Hoe meer Mg-inhoud leidt tot meer MgO, MgO is losser dan Al2O3 en andere oxiden, en het is gemakkelijker om water te absorberen en poriën te vormen.
Op dit moment is de porositeit van gesmolten inert gas afgeschermd lassen (MIG) lassen het hoogst. Dit komt omdat MIG-lassen afhankelijk is van het continu smelten van de lasdraad, en de oxidefilm in de lasdraad zal het aangehechte water sterk oplossen in de druppel, wat resulteert in hydrogenering van het smeltbad. . Elektronenstraallassen en laserlassen hebben ook meer porositeit in de las, wat te wijten is aan de minder warmte-invoer van het lassen van deze twee methoden, de snellere afkoelsnelheid van het smeltbad en de waterstof in het smeltbad heeft geen tijd om te ontsnappen.
(2) Preventieve maatregelen Behandeling vóór het lassen: combineer mechanische reiniging en chemische reiniging om de oxidefilm en olievlekken op het oppervlak van het basismetaal en de lasdraad zoveel mogelijk te verwijderen; gebruik droogmethoden om het vocht op het oppervlak van het basismetaal en de lasdraad zoveel mogelijk te verwijderen; probeer Lassen in de omgeving te vermijden.
Optimalisatie van lasparameters: lasparameters kunnen de omstandigheden van ontsnappend gas en smelten in het smeltbad beïnvloeden. Wanneer de ontsnappingscondities gunstiger zijn dan de smeltcondities, is het mogelijk de porositeit te verminderen. Afbeelding 2 toont de relatie tussen de porositeitstendens van de LF6 aluminium-magnesiumlegering en de lasparameters [3]. Grotere lasstroom en lassnelheid zijn bevorderlijk voor de vermindering van porositeit.
De beschermende atmosfeer heeft geschikte oxidatieve eigenschappen: vanuit het oogpunt van het voorkomen van het oplossen van waterstof kan het toevoegen van een kleine hoeveelheid CO2 of O2 aan het inerte gas dat wordt gebruikt voor lasbescherming, zoals Ar en He, de porositeit helpen verminderen.
3.2 Thermische scheuren
(1) Oorzaken van vorming De meest voorkomende thermische scheuren zijn stollingsscheuren en vervloeiingsscheuren. Stollingsscheuren zijn scheuren die worden veroorzaakt door de scheiding van de resterende vloeibare film tussen het lasmetaal wanneer de stoltemperatuur daalt tot nabij de soliduslijn. De liquefactiescheur is dat de interkristallijne fase smelt in de vloeibare fase wanneer het nabije spleetgebied oververhit raakt, en de vloeistoffilm scheidt en barst. Fig. 3 toont bijvoorbeeld de staat van stollingsscheuren in de las die overeenkomen met verschillende lassnelheden tijdens het laserlassen van ZK60 magnesiumlegering [4].
Tijdens het lasproces reageert het belangrijkste legeringselement magnesium gemakkelijk met sporenelementen zoals aluminium, koper, nikkel, enz. om een eutectische verbinding met een laag smeltpunt te vormen. Tijdens het stollen, in het brosse temperatuurbereik, zullen deze niet-gestolde eutectica over de korrels worden verdeeld in de vorm van een vloeibare film, wat de intergranulaire bindingskracht ernstig vermindert. Magnesiumlegering heeft een grote thermische uitzettingscoëfficiënt, die grote thermische vervorming veroorzaakt tijdens het lassen, en zal tijdens het stollen onderhevig zijn aan grote krimpspanning. De interkristallijne vloeistoffilm is moeilijk bestand tegen deze krimpspanning en het is gemakkelijk te barsten en stollingsscheuren te vormen. Op dezelfde manier zijn de thermische geleidbaarheid en reksnelheid van magnesiumlegering relatief groot, en de laswarmtecyclus zal de intergranulaire fase nabij de naad snel smelten, en de mechanische eigenschappen van de korrelgrens zullen afnemen, wat gemakkelijk te kraken is onder spanning.
(2) Preventieve maatregelen Pas het gehalte aan elementen in het basismetaal en de lasdraad aan: beperk het gehalte aan gemakkelijk gescheiden elementen en schadelijke onzuiverheden in het basismetaal en de lasdraad en minimaliseer de macro-segregatie en laagsmeltende tweede fasen die optreden in de las.
Optimaliseren van lasparameters: door een redelijke lassnelheid te kiezen, toont figuur 4 de relatie tussen de vorm van het smeltbad en de lassnelheid [3]. Bij lassen met lage snelheid is het smeltbad elliptisch en groeien de kolomvormige kristallen naar het midden van de las in een visgraatpatroon, wat niet gemakkelijk is om gescheiden zwakke oppervlakken te vormen, en de neiging tot thermische scheuren is klein; maar bij het lassen met hoge snelheid is het smeltbad traanvormig en lijken de kolomvormige kristallen op het verticaal groeiend naar de as van de las, en het is gemakkelijk om een segregatie-zwak oppervlak te vormen op het ontmoetingsoppervlak, en de neiging van thermisch kraken is groot. Het is ook mogelijk om de korrelgrootte te verfijnen en de grootte van de intergranulaire fase te verkleinen door de warmte-invoer van het lassen op de juiste manier te verminderen, en de spanning van het stollen en krimpen van de las te vertragen door de afkoelsnelheid te verminderen, wat allemaal het optreden van lasnaden kan verminderen. thermische scheuren.
Redelijke controle over fixatie: Door controle over fixatie wordt de belasting van het gewricht zoveel mogelijk verminderd. Bijvoorbeeld het kiezen van een geschikte lasvolgorde. Wanneer de lasvolgorde onjuist is, kunnen de laatste paar lassen in een staat van grote terughoudendheid verkeren, is het moeilijk om vrij te krimpen, neemt de hoeveelheid spanning aanzienlijk toe en is er kans op scheuren.
3.3 Vervorming
(1) Oorzaken van vorming Magnesiumlegeringen hebben een hoge thermische geleidbaarheid en een grote thermische uitzettingscoëfficiënt, dus de afkoelsnelheid van de lasnaad is snel en het nabije naadgebied en het basismetaal worden gemakkelijk vervormd door krimpspanning, en de uiteindelijke vorm en grootte veranderen. In figuur 5 is bijvoorbeeld te zien dat een aluminium-magnesiumlegering concaaf vervormt doordat de hoeklas van de nozzle te dicht bij de rondlas van de cilinder zit [5].
(2) Preventieve maatregelen Optimaliseer de lasstructuur: rangschik de positie van de lassen rationeel, zorg ervoor dat elke las voldoende ruimte voor warmteafvoer heeft en vermijd overmatige concentratie van lassen in het gebied; selecteer de juiste vorm en grootte van de lassen [6].
Verhoog de stijfheid en fixatie: gebruik bij het lassen van platen van magnesiumlegering speciale bevestigingen, steunstangen en andere apparaten om de platen van magnesiumlegering op de werkbank te bevestigen. Na afkoeling tot kamertemperatuur na het lassen, wordt de hamermethode gebruikt om een deel van de lasspanning los te laten en vervolgens wordt de starre fixatie verwijderd.
Voorverwarmen vóór het lassen: Voorverwarmen vóór het lassen verhoogt de temperatuur van het basismetaal om ervoor te zorgen dat het temperatuurverschil tussen het lasmetaal en het omliggende basismetaal tijdens het lassen wordt verminderd, waardoor de interne spanning van laskrimp wordt verminderd.
Kies een redelijke lasvolgorde: verdeel het onderdeel op de juiste manier in verschillende kleine eenheden, las elke kleine eenheid afzonderlijk en las vervolgens de kleine eenheden als geheel, zodat asymmetrische lassen of lassen met grote krimp vrijer kunnen krimpen zonder krimp. invloed op de gehele structuur [7].
Anti-vervormingscontrole: schat de grootte en richting van de lasvervorming en stel vervolgens kunstmatige vervormingen in met tegengestelde richtingen en gelijke afmetingen tijdens de lasmontage, zodat de vervorming die door het lassen wordt gegenereerd, kan worden gecompenseerd door de vooraf ingestelde anti-vervorming.
3.4 Overige gebreken
(1) Gaten Gaten ontstaan vaak in de las van wrijvingsroergelaste verbindingen. Fig. 6 toont bijvoorbeeld het lege defect in de wrijvingsroerlasnaad van AZ31 magnesiumlegering [8]. Bij het lassen van magnesiumlegeringen, wanneer de laswarmte-invoer onvoldoende is, zal de plastische vervorming van het afgezette metaal onvoldoende zijn, zal de materiaalvloeibaarheid slecht zijn en zal de binnenkant van de las niet volledig gesloten zijn, waardoor gaten ontstaan; wanneer de laswarmte-invoer te groot is, wordt de roerkop veroorzaakt. Het lasmateriaal aan de voorkant zet uit en stroomt over, en de opvulling is onvoldoende en vormt gaten; wanneer een zuilvormige of conische roerkop zonder schroefdraad wordt gebruikt, is de plastische vervorming van het materiaal in het lasgebied onvoldoende en ontstaan er gemakkelijk gaten. Het optreden van gatdefecten kan worden vermeden door de lassnelheid en de rotatiesnelheid van de roerkop redelijk te regelen om de laswarmte-invoer aan te passen, of door de juiste geometrie van de roerkop te kiezen.
afbeelding
Afb.6 Poriedefect van wrijvingsroergelaste verbinding van AZ31 magnesiumlegering (AS is de voorwaartse zijde, RS is de achterwaartse zijde) [8]
(2) Doorbranden Doorbranden komt vaak voor in de lasnaad van de smeltlasverbinding. Vanwege het hoge smeltpunt van magnesiumoxide en het lage smeltpunt van magnesiumlegering, is het moeilijk om de twee samen te smelten wanneer ze aan elkaar zijn bevestigd. Wanneer de plaat van magnesiumlegering wordt gelast, is het moeilijk om het smelten van de las waar te nemen. Zodra de warmte-inbreng toeneemt tot een onredelijk bereik, verandert de kleur van de gesmolten plas niet significant, maar het ongesmolten metaal onder de gesmolten plas kan de spanning die het ontvangt niet weerstaan, en op dit moment vindt doorbranding plaats. Maak het oppervlak van de magnesiumlegering vóór het lassen goed schoon en las zo snel mogelijk na het reinigen om doorbranden te voorkomen. Door de lasparameters te optimaliseren om de indringdiepte te beperken, kan bovendien doorbranden worden vermeden.
4 Typische casusanalyse van lasfouten in magnesiumlegeringen
De 6 mm dikke GW63K-magnesiumlegering werd gelast door respectievelijk laserlassen en elektronenbundellassen, en het macroscopische uiterlijk van de lasnaad wordt getoond in respectievelijk Fig. 7 en Fig. 8. De twee soorten smeltlasnaden hebben duidelijke defecten zoals spatten en ondersnijding, die worden veroorzaakt door het lage smeltpunt van magnesiumlegering, grote thermische uitzettingscoëfficiënt en grote laswarmte-invoer. Latere methoden kunnen worden gebruikt om de warmte-inbreng tijdens het lassen te verminderen. Proces optimalisatie.
afbeelding
Fig.7 Macroscopische morfologie van lasergelaste naad van GW63K magnesiumlegering
afbeelding
Fig.8 Macroscopische morfologie van een elektronenbundel gelaste naad van GW63K magnesiumlegering
