Trattamento post-saldatura di alluminio e leghe di alluminio

I. Rimozione dei residui

Dopo la saldatura del pezzo, se si utilizzano bacchette per la saldatura a gas o con filo animato, è necessario eliminare tempestivamente il flusso e le scorie residue dalla saldatura e dall'area circostante prima di effettuare l'ispezione visiva e i controlli non distruttivi.

Questa fase previene la corrosione della saldatura e della sua superficie da parte delle scorie e del flusso residuo, evitando così conseguenze indesiderate. I metodi comuni per la pulizia post-saldatura sono i seguenti:

(1) Sciacquare in acqua calda tra 60℃ e 80℃;

(2) Immersione in bicromato di potassio (K2Cr2O2) o in anidride cromica (Cr2O2) da 2% a 3%;

(3) Ulteriore risciacquo in acqua calda tra 60℃ e 80℃;

(4) Essiccazione in forno o all'aria.

Per verificare l'efficacia della rimozione del flussante residuo, è possibile far cadere acqua distillata sulla saldatura del pezzo. L'acqua distillata viene poi raccolta e fatta cadere in una provetta contenente una soluzione di acido nitrico 5%. Se compare un precipitato bianco, significa che il flussante residuo non è stato completamente rimosso.

II. Trattamento superficiale delle saldature

Attraverso la corretta processo di saldatura e le corrette tecniche operative, la superficie delle saldature di alluminio e leghe di alluminio dopo la saldatura presenta un aspetto uniforme, privo di increspature e liscio.

L'anodizzazione, soprattutto se combinata con le tecniche di lucidatura e tintura, consente di ottenere superfici decorative di alta qualità. La zona interessata dal calore della saldatura può essere ridotta al minimo, riducendo al minimo i cambiamenti di colore indotti dall'anodizzazione. I processi di saldatura rapida possono ridurre significativamente la zona termicamente influenzata. Di conseguenza, la qualità del trattamento di anodizzazione sulle giunzioni saldate a caldo è buona.

Soprattutto per la saldatura di pezzi di leghe che non possono essere trattate termicamente per il rafforzamento allo stato ricotto, il contrasto di colore tra la base metallica e la zona interessata dal calore è minimo dopo l'anodizzazione. Forno e immersione brasaturache non comportano un riscaldamento localizzato, producono un aspetto di colore metallico molto uniforme.

Le leghe che possono essere sottoposte a trattamento termico di rafforzamento, spesso utilizzate per le parti strutturali degli edifici, sono spesso anodizzate dopo la saldatura. In queste leghe, il calore di saldatura forma precipitati di elementi in lega.

Dopo l'anodizzazione, si noteranno delle differenze tra la zona interessata dal calore e la zona di cordone di saldatura. Queste zone di alone in prossimità dell'area di saldatura possono essere ridotte al minimo con una saldatura rapida o con l'utilizzo di blocchi di raffreddamento e serraggio piastre. Queste zone di alone, prima dell'anodizzazione e dopo la saldatura, possono essere eliminate con un trattamento di indurimento per precipitazione.

Nel trattamento chimico dei pezzi saldati, possono esserci differenze di colore significative tra il metallo saldato e il metallo di base. Ciò richiede un'attenta selezione del materiale d'apporto. composizione del metallosoprattutto se contiene silicio, che può influire sulla corrispondenza dei colori.

Se necessario, la saldatura può essere lucidata meccanicamente. I comuni metodi di lucidatura meccanica metodi di lucidatura includono la lucidatura, la smerigliatura, la sabbiatura e la granigliatura. Lucidatura meccanica migliora la superficie dei pezzi di alluminio attraverso metodi fisici come la rettifica, la sbavatura, la brunitura, la lucidatura o la sabbiatura. L'obiettivo è ottenere la qualità superficiale desiderata con il minor numero possibile di passaggi.

Tuttavia, l'alluminio e le sue leghe sono metalli morbidi con elevati coefficienti di attrito. Il surriscaldamento durante il processo di levigatura può potenzialmente causare la deformazione delle parti saldate o addirittura la frattura dei bordi del grano nel metallo di base. Pertanto, durante il processo di lucidatura è necessaria una lubrificazione sufficiente e la pressione sulla superficie metallica deve essere ridotta al minimo.

III. Trattamento termico post-saldatura

Lo scopo del trattamento termico post-saldatura è quello di migliorare la struttura e le prestazioni del giunto saldato o di eliminare sollecitazione residua. Trattamenti termici leghe di alluminio possono essere sottoposti a un trattamento termico post-saldatura, che ripristina la resistenza della zona termicamente colpita del metallo di base vicino alla resistenza originale.

In genere, il punto di cedimento del giunto si verifica all'interno della zona di fusione della saldatura. Dopo il trattamento termico post-saldatura, la resistenza acquisita dal metallo saldato dipende principalmente dal metallo d'apporto disperso.

1. Caratteristiche dell'alluminio e dell'alluminio Saldatura di leghe

(1) L'alluminio si ossida facilmente all'aria e durante la saldatura, formando ossido di alluminio (Al2O3) che ha un elevato punto di fusione ed è estremamente stabile, rendendone difficile la rimozione. Questo ostacola la fusione e la fusione del materiale di partenza. Il peso specifico elevato della pellicola di ossido ne impedisce il galleggiamento in superficie, causando difetti come inclusioni di scorie, mancanza di fusione e penetrazione incompleta.

La pellicola di ossido superficiale dell'alluminio e l'umidità assorbita possono causare porosità nel cordone di saldatura. Prima della saldatura, è necessario eseguire una rigorosa pulizia della superficie con metodi chimici o meccanici per rimuovere la pellicola di ossido. Durante la saldatura, la protezione deve essere rafforzata per prevenire l'ossidazione.

Durante la saldatura a gas inerte di tungsteno (TIG), è necessario utilizzare una sorgente di corrente alternata per rimuovere la pellicola di ossido attraverso la "pulizia catodica". Quando saldatura a gasÈ necessario utilizzare un flussante che rimuova il film di ossido. Durante lo spessore saldatura a piastraIl calore di saldatura può essere aumentato. Ad esempio, l'arco di elio ha un calore elevato, quindi è necessario utilizzare una protezione con gas misto elio o argon-elio, oppure un gas di grande diametro. arco metallico (GMAW) con corrente continua positiva, che elimina la necessità di "pulizia catodica".

(2) La conducibilità termica e il calore specifico dell'alluminio e delle sue leghe sono più del doppio di quelli dell'acciaio al carbonio e delle leghe a basso tenore di carbonio. acciaio legato. La conducibilità termica dell'alluminio è decine di volte superiore a quella dell'acciaio inossidabile austenitico.

Durante il processo di saldatura, una grande quantità di calore può essere rapidamente trasferita al metallo di base, quindi quando si salda l'alluminio e le sue leghe, oltre all'energia consumata per fondere il pool di metallo, si spreca più calore in altre parti del metallo. Questo spreco di energia è più significativo che in saldatura dell'acciaio. Per ottenere un'alta qualità giunti saldatiSi dovrebbero utilizzare il più possibile fonti di energia concentrate e di elevata potenza. Si possono utilizzare anche il preriscaldamento e altre misure di processo.

(3) Il coefficiente di espansione lineare dell'alluminio e delle sue leghe è circa il doppio di quello dell'acciaio al carbonio e dell'acciaio a bassa lega. L'alluminio presenta un significativo ritiro volumetrico durante la solidificazione, causando deformazioni e sollecitazioni sostanziali nella saldatura. Pertanto, è necessario adottare misure per prevenire la deformazione della saldatura. La solidificazione di un bagno di saldatura in alluminio tende a provocare cavità da ritiro, porosità, cricche a caldo e alti livelli di temperatura. stress interno.

Per prevenire l'insorgere di crepe caldeLa produzione può regolare la composizione del filo di saldatura e il processo di saldatura. In situazioni di resistenza alla corrosione, il filo di saldatura in lega di alluminio-silicio può essere utilizzato per saldare l'alluminio leghe, escluse le leghe di alluminio-magnesio.

Nelle leghe alluminio-silicio, la tendenza alla criccatura a caldo è notevole quando il contenuto di silicio è pari a 0,5%. Con l'aumento del contenuto di silicio, l'intervallo di temperatura di cristallizzazione della lega diminuisce, la sua fluidità migliora significativamente e il suo tasso di ritiro diminuisce, riducendo di conseguenza la tendenza alla criccatura a caldo.

Secondo l'esperienza di produzione, quando il contenuto di silicio è pari a 5%-6%, non si verificano cricche a caldo, per cui l'uso del filo SAlSi (con un contenuto di silicio di 4,5%-6%) offre una migliore resistenza alle cricche.

(4) L'alluminio ha una forte riflettività per la luce e il calore. Durante la transizione dallo stato solido a quello liquido, non si nota alcun cambiamento di colore, rendendo difficile la valutazione durante il processo di saldatura. L'alluminio per alte temperature ha una resistenza molto bassa, che lo rende difficile da sostenere il bagno di saldatura e soggetto a bruciature.

(5) L'alluminio e le sue leghe possono sciogliere una quantità significativa di idrogeno allo stato liquido, ma difficilmente allo stato solido. Durante la solidificazione e il rapido raffreddamento del bagno di saldatura, l'idrogeno non ha il tempo di uscire, portando alla formazione di porosità da idrogeno.

L'umidità nell'atmosfera dell'arco, materiali di saldaturae l'umidità adsorbita sul film di ossido della superficie del materiale madre sono fonti significative di idrogeno nel cordone di saldatura. Pertanto, è necessario un controllo rigoroso delle fonti di idrogeno per prevenire la formazione di porosità.

(6) Gli elementi della lega tendono a evaporare e a bruciare, riducendo le prestazioni del cordone di saldatura.

(7) Se il metallo base del materiale di partenza è sottoposto a tempra da sforzo o a trattamento termico in soluzione, il calore di saldatura può ridurre la resistenza della zona interessata dal calore.

(8) L'alluminio, avendo un reticolo cubico a facce centrate e nessuna forma allotropica, non subisce transizioni di fase durante il riscaldamento e il raffreddamento. Questo porta a grani grossolani nel cordone di saldatura, che non possono essere raffinati attraverso le transizioni di fase.

2. Metodi di saldatura

Quasi tutti i metodi di saldatura possono essere utilizzati per saldare l'alluminio e le sue leghe. Tuttavia, l'adattabilità dell'alluminio e delle sue leghe ai diversi metodi di saldatura varia e ogni metodo ha le sue applicazioni.

La saldatura a gas e la saldatura ad arco di metallo schermato sono semplici e convenienti. La saldatura a gas può essere utilizzata per la riparazione di giunture su lamiere e fusioni di alluminio in cui i requisiti di qualità non sono elevati. La saldatura ad arco metallico schermato può essere utilizzata per la riparazione di lamiere e fusioni in alluminio. getti in lega.

Inerte saldatura a gas schermata (TIG o MIG) è il metodo più utilizzato per saldare l'alluminio e le sue leghe. Le lamiere di alluminio e di leghe di alluminio possono essere saldate utilizzando la saldatura a corrente alternata con gas inerte di tungsteno o la saldatura pulsata con gas inerte di tungsteno.

Le lastre di alluminio e di leghe di alluminio possono essere saldate con l'elio. saldatura ad arco di tungstenosaldatura con gas inerte di tungsteno misto argon ed elio, saldatura con gas inerte metallico e saldatura con gas inerte metallico pulsato. Si sta diffondendo sempre più l'applicazione della saldatura con gas inerte metallico e della saldatura pulsata con gas inerte metallico (argon o miscela argon/elio).

3. Materiali per la saldatura

(1) Filo per saldatura

Oltre a considerare le buone prestazioni del processo di saldatura, la scelta dei fili di saldatura in alluminio e in lega di alluminio deve garantire che la resistenza alla trazione e la plasticità (attraverso prove di flessione) dei giunti di testa soddisfino i requisiti specificati in base alle esigenze del recipiente.

I requisiti di resistenza all'urto devono essere soddisfatti per le leghe di alluminio-magnesio con un contenuto di magnesio superiore a 3%. Per i recipienti con requisiti di resistenza alla corrosione, la resistenza alla corrosione del giunto saldato deve raggiungere o essere vicina al livello del materiale di partenza. Pertanto, la scelta del filo di saldatura si basa principalmente sulle proprietà dell'alluminio.

1) La purezza del filo di alluminio puro per saldatura non è generalmente inferiore a quella del materiale di partenza;

2) Il prodotto chimico composizione dell'alluminio Il filo di saldatura in lega è generalmente simile o vicino a quello del materiale di partenza;

3) Il contenuto di elementi resistenti alla corrosione (magnesio, manganese, silicio, ecc.) nel filo di saldatura in lega di alluminio non è generalmente inferiore a quello del materiale di partenza;

4) Quando si saldano diversi tipi di materiali in alluminio, scegliere il filo di saldatura in base al materiale madre più resistente alla corrosione e più forte;

5) Le leghe di alluminio ad alta resistenza (leghe di alluminio rinforzate con trattamento termico) che non necessitano di resistenza alla corrosione possono utilizzare fili di saldatura di diversa composizione, come i fili di saldatura in lega di alluminio-silicio resistenti alle cricche come SAlSi-1 (si noti che la resistenza può essere inferiore a quella del materiale di partenza).

(2) Gas di schermatura

Il gas di schermatura è argon, elio o una loro miscela. Per la corrente alternata ad alta frequenza Saldatura TIGutilizzare più di 99,9% argon puro. Corrente continua positiva saldatura a polarità è adatto all'elio.

Per la saldatura MIG, si consiglia di utilizzare argon con aggiunta di elio da 50% a 75% quando lo spessore della piastra è di 75 mm. L'argon deve soddisfare i requisiti della norma GB/T 4842-1995 "Argon puro". La pressione della bombola di argon è insufficiente e non può essere utilizzata quando è inferiore a 0,5 MPa.

(3) Elettrodi di tungsteno

Quattro tipi di elettrodi di tungsteno sono utilizzati in saldatura ad arco di argontungsteno puro, tungsteno torizzato, tungsteno al cerio e tungsteno allo zirconio. Gli elettrodi di tungsteno puro hanno punti di fusione e di ebollizione elevati, che li rendono meno soggetti a fusione, evaporazione, bruciatura dell'elettrodo e contaminazione della punta.

Tuttavia, hanno una capacità di emissione di elettroni inferiore. Gli elettrodi di tungsteno toriato, prodotti aggiungendo al tungsteno puro da 1% a 2% di ossido di torio, hanno una maggiore capacità di emissione di elettroni, consentono una maggiore densità di corrente e mantengono un arco più stabile. Tuttavia, il torio è leggermente radioattivo, pertanto è necessario adottare misure di protezione adeguate durante l'uso.

Gli elettrodi di tungsteno al cerio sono prodotti aggiungendo al tungsteno puro da 1,8% a 2,2% di ossido di cerio (con impurità ≤0,1%). Questi elettrodi hanno una bassa funzione di lavoro degli elettroni, un'elevata stabilità chimica, consentono un'alta densità di corrente e non hanno radioattività. Sono gli elettrodi attualmente più utilizzati.

Gli elettrodi di tungsteno allo zirconio possono evitare la contaminazione del metallo base. Le loro punte sono facili da mantenere in forma emisferica, il che li rende adatti alla saldatura in corrente alternata.

(4) Flusso

Il flussante utilizzato nella saldatura a gas è costituito da cloruri e fluoruri di elementi quali potassio, sodio, litio e calcio, in grado di rimuovere la pellicola di ossido.

4. Preparazione prima della saldatura

(1) Pulizia pre-saldatura

Prima di saldare l'alluminio e le sue leghe, è fondamentale rimuovere rigorosamente la pellicola di ossido e il grasso dalla superficie del pezzo. linea di saldatura e la superficie del filo di saldatura.

La qualità di questo cleanup influisce direttamente sul processo di saldatura e sulla qualità del giunto, come ad esempio la tendenza a generare porosità della saldatura e varie proprietà meccaniche. La pulizia si ottiene in genere con metodi di pulizia chimica o meccanica.

1) Pulizia chimica

La pulizia chimica è altamente efficiente e di qualità costante, ed è quindi adatta alla pulizia dei fili di saldatura e dei pezzi di piccole dimensioni prodotti in serie. L'immersione e lo sfregamento sono due metodi comuni.

Per lo sgrassaggio delle superfici si utilizzano solventi organici come acetone, benzina e cherosene, seguiti da un lavaggio alcalino con una soluzione di NaOH da 5% a 10% a 40°C-70°C per 3-7 minuti (più a lungo per l'alluminio puro, ma senza superare i 20 minuti), quindi si risciacqua con acqua corrente.

Successivamente, si esegue un lavaggio acido con una soluzione di HNO3 a temperatura ambiente o a 60°C per 1-3 minuti, seguito da un altro risciacquo con acqua corrente e dall'asciugatura con aria o a basso calore.

2) Pulizia meccanica

La pulizia meccanica è spesso utilizzata quando il pezzo da lavorare è di grandi dimensioni, il ciclo di produzione è lungo, la saldatura multistrato è coinvolta o quando il pezzo da lavorare è nuovamente contaminato dopo la pulizia chimica.

Per sgrassare la superficie si utilizzano innanzitutto solventi organici come l'acetone o la benzina, quindi si spazzola con una spazzola metallica di rame o di acciaio inossidabile di diametro compreso tra 0,15 e 0,2 mm, fino a quando non emerge una lucentezza metallica.

L'uso di mole o di normale carta vetrata è generalmente sconsigliato per evitare che sulla superficie del metallo rimangano granelli di sabbia, che potrebbero entrare nel bagno di saldatura durante la saldatura e causare inclusioni di scoria o altri difetti. In alternativa, si possono usare raschietti o lime per pulire la superficie da saldare.

Dopo la pulizia del pezzo e del filo di saldatura, la pellicola di ossido riappare durante lo stoccaggio, soprattutto in ambienti umidi o contaminati da vapori acidi o basici, dove la pellicola di ossido cresce ancora più rapidamente.

Pertanto, il tempo di stoccaggio dalla fine della pulizia all'inizio della saldatura deve essere ridotto al minimo. In condizioni di umidità, la saldatura dovrebbe essere eseguita entro 4 ore dalla pulizia. Se il tempo di stoccaggio dopo la pulizia è troppo lungo (ad esempio, superiore a 24 ore), il processo di pulizia deve essere ripetuto.

(2) Piastra di supporto

L'alluminio e le sue leghe presentano una bassa resistenza alle alte temperature e l'alluminio fuso scorre facilmente, causando un potenziale collasso del metallo saldato durante la saldatura. Per garantire una penetrazione completa senza collasso, spesso si utilizzano piastre di supporto per sostenere il bagno di saldatura e il metallo adiacente.

Le piastre di supporto possono essere realizzate in grafite, acciaio inox, acciaio al carbonio, piastre di rame o barre di rame. Sulla superficie della piastra di supporto viene praticata una scanalatura curva per garantire la formazione della saldatura sul lato opposto.

In alternativa, la saldatura su un solo lato con formazione di un doppio lato può essere eseguita senza piastra di supporto, ma ciò richiede operazioni di saldatura qualificate o l'applicazione di misure di processo avanzate, come un rigoroso controllo automatico del feedback dell'energia di saldatura.

(3) Preriscaldamento prima della saldatura

I pezzi di alluminio sottili e piccoli non richiedono generalmente un preriscaldamento. Il preriscaldamento può essere eseguito per spessori compresi tra 10 mm e 15 mm, con temperature comprese tra 100℃ e 200℃ a seconda del tipo di lega di alluminio.

Per il riscaldamento si possono utilizzare tecniche come fiamme ossiacetileniche, forni elettrici o cannelli. Il preriscaldamento aiuta a minimizzare la deformazione della saldatura e a ridurre difetti come la porosità.

5. Trattamento post-saldatura

(1) Pulizia post-saldatura

Residuo flusso di saldatura e scorie lasciate sulla e vicino alla saldatura possono danneggiare il film di passivazione sulla superficie dell'alluminio e possono persino corrodere le parti in alluminio, richiedendo quindi una pulizia accurata. Per i pezzi di forma semplice con requisiti generali, si possono utilizzare metodi di pulizia semplici come il risciacquo con acqua calda o la spazzolatura a vapore.

Per le parti in alluminio di forma complessa e ad alta richiesta, dopo la spazzolatura in acqua calda con una spazzola rigida, è necessario immergerle in una soluzione acquosa di acido cromico o di bicromato di potassio con una concentrazione di 2-3% a circa 60℃-80℃ per 5-10 minuti, seguiti da uno sfregamento con una spazzola rigida.

Quindi si sciacquano in acqua calda e si asciugano in un forno di essiccazione o con aria calda. È accettabile anche l'essiccazione naturale.

(2) Trattamento termico post-saldatura

In genere, il trattamento termico non è necessario dopo la saldatura di contenitori in alluminio. Tuttavia, se il materiale in alluminio in uso mostra una significativa sensibilità alla tensocorrosione nelle condizioni del mezzo a contatto con il contenitore, è necessario sottoporlo a un trattamento termico post-saldatura per eliminare le elevate sollecitazioni di saldatura, riducendo così le sollecitazioni sul contenitore al di sotto della soglia per la criccatura da tensocorrosione.

Questo requisito deve essere espressamente indicato nei documenti di progettazione del contenitore prima di effettuare il trattamento termico di distensione dopo la saldatura. Se il trattamento post-saldatura ricottura è necessario un trattamento termico, la temperatura consigliata per l'alluminio puro, 5052, 5086, 5154, 5454, 5A02, 5A03, 5A06, ecc. è di 345℃; per 2014, 2024, 3003, 3004, 5056, 5083, 5456, 6061, 6063, 2A12, 2A24, 3A21, ecc. è di 415℃; per 2017, 2A11, 6A02, ecc. è di 360℃.

A seconda delle dimensioni e dei requisiti del pezzo, la temperatura di ricottura può essere regolata in aumento o in diminuzione di 20℃-30℃, mentre il tempo di mantenimento può variare da 0,5 a 2 ore.