Dikkatli kaynak yapılmasına rağmen alüminyum alaşım kaynaklarının neden çatladığını hiç merak ettiniz mi? Bu makale, alüminyum alaşım kaynağında gözeneklilik, sıcak çatlaklar ve eşit olmayan bağlantı mukavemeti gibi temel konulara değinmektedir. Çatlak türlerini, nedenlerini ve yüksek termal iletkenlik ve kimyasal aktivitenin bu sorunlara nasıl katkıda bulunduğunu açıklamaktadır. Okuyarak, bu çatlakların arkasındaki mekanizmalar hakkında bilgi edinecek ve kaynak sonuçlarınızı iyileştirmek için pratik önleme stratejilerini keşfedeceksiniz.
Alüminyum ve alaşımları önemli ürünlerin kaynağında yaygın olarak kullanılmasına rağmen, gerçek kaynak üretiminde zorluklarla karşılaşılmamaktadır. Başlıca sorunlardan bazıları kaynakta gözeneklilik, kaynak sırasında sıcak çatlaklar ve eşit bağlantı mukavemeti elde etmektir.
Bu sorunların nedenlerinden biri, alüminyum ve alaşımlarının güçlü kimyasal aktivitesidir, bu da yüzeyi genellikle refrakter olan oksit filmler oluşturmaya çok yatkın hale getirir. Örneğin, Al2O3'ün erime noktası 2050 ℃ ve MgO'nun erime noktası 2500 ℃'dir. Ayrıca, alüminyum ve alaşımları yüksek ısı iletkenliğine sahiptir, bu da kaynak sırasında füzyon yaşanmamasını kolaylaştırır.
Alüminyumunkine benzer bir yoğunluğa sahip olan oksit filmi kaynak metalinde kalıntılara dönüşebilir. Ayrıca, MgO'lu daha az yoğun oksit filmi daha fazla su emebilir ve genellikle önemli bir nedenidir. kaynak gözenekliliği. Ek olarak, alüminyum ve alaşımları büyük bir doğrusal genleşme katsayısına ve yüksek termal iletkenliğe sahiptir, bu da onları kaynak sırasında eğrilme deformasyonuna eğilimli hale getirir.
Son olarak, makale test sırasında meydana gelen nispeten ciddi çatlakları analiz etmektedir.
Alüminyum alaşımı kaynak işlemi sırasında, çeşitli çatlaklar ortaya çıkabilir kaynaklı bağlantılar Malzemelerin türleri, özellikleri ve kaynak yapılarındaki farklılıklar nedeniyle.
Bu çatlakların şekli ve dağılımı oldukça karmaşık olabilir.
Konumlarına göre bu çatlaklar iki türe ayrılabilir:
(1) Kaynak metalindeki çatlaklar: boyuna çatlaklar, enine çatlaklar, krater çatlakları, kıl benzeri veya ark çatlakları, kök çatlakları ve mikro çatlaklar (özellikle çok katmanlı kaynakta).
(2) Çatlaklar ısıdan etkilenen bölge: kaynak ucu çatlakları, lamel çatlakları ve füzyon hattına yakın mikro termal çatlaklar.
Kaynak sırasında oluşan çatlaklar, sıcak çatlaklar ve aşağıdaki çatlaklar olarak kategorize edilebilir soğuk çatlaklarmeydana geldikleri sıcaklık aralığına bağlı olarak.
Sıcak çatlaklar kaynak sırasında yüksek sıcaklıklarda meydana gelir ve esas olarak alaşım elementleri tane sınırında veya düşük erime noktalı malzemelerin varlığı.
Şekli, sıcaklık aralığı ve başlıca nedenleri sıcak çatlaklar kaynak yapılan metalin malzemesine bağlı olarak değişir.
Sıcak çatlaklar üç tipe ayrılabilir: kristalleşme çatlakları, sıvılaşma çatlakları ve poligonlaşma çatlakları.
Kristalleşme çatlakları esas olarak kaynak süreci yüksek sıcaklıklarda. Katılaşma noktasına yaklaşıldığında, katılaşan metal büzülür ve zamanla dolamayan yetersiz artık sıvı metale neden olarak çatlakların oluşmasına yol açar.
Taneler arası çatlama, katılaşma büzülme gerilimi veya dış kuvvet nedeniyle, özellikle karbon çeliğinde, düşük alaşımlı çelik kaynaklarında ve bazı alümi̇nyum alaşimlari daha fazla kirlilik ile.
Sıvılaşma çatlakları, ısıdan etkilenen bölgede yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılan tane sınırlarının katılaşması sırasında büzülme gerilimi nedeniyle meydana gelir.
Testlerde, dolgu malzemesi yüzeyinin yetersiz temizlenmesinin kaynak sonrası kaynakta inklüzyon ve gözeneklerin varlığına neden olduğu keşfedilmiştir. Üç gruplu sayı testinde, kaynak dolgu malzemesi döküm bir yapı olduğundan ve inklüzyon yüksek erime noktalı bir malzeme olduğundan, kaynak sonrası kaynakta kalır.
Döküm yapısı nispeten seyrektir ve birçok delik içerir, bu da kristal su ve yağ kalitesi içeren bileşenleri emmeyi kolaylaştırır. Bu faktörler kaynak sırasında gözenekliliğe neden olabilir ve inklüzyonlar ve gözenekler, kaynak çekme gerilimi altındayken mikro çatlakları indükleyen anahtar parçalar haline gelir.
Mikroskopla yapılan daha ileri gözlemler, bu inklüzyonlar ile gözeneklerin neden olduğu mikro çatlaklar arasında bir etkileşim olduğunu ortaya koymuştur. Bununla birlikte, inklüzyonların esas olarak çatlakları indüklemek için bir stres konsantrasyon kaynağı olarak mı yoksa çatlakları indüklemek için kırılgan bir faz olarak mı hareket ettiğini belirlemek zordur.
Ayrıca, alüminyum-magnezyum alaşım kaynaklarındaki gözenekliliğin kaynağın çekme mukavemetini önemli ölçüde etkilemediğine inanılmaktadır. Ancak bu çalışmada, kaynak çekme numunelerinde inklüzyonlar ve gözeneklilikten kaynaklanan mikro çatlaklar eş zamanlı olarak bulunmuştur.
Gözeneklerin neden olduğu mikro çatlakların ikincil bir ilişkili fenomen mi yoksa kaynakların çekme mukavemetinde önemli bir düşüşe neden olan birincil faktörlerden biri mi olduğu konusunda daha fazla çalışma yapılması gerekmektedir.
Şu anda, Prokhorov tarafından hem yurt içinde hem de yurt dışında önerilen sıcak çatlak kaynağı teorisinin oldukça rafine olduğu düşünülmektedir.
Özetlemek gerekirse, teori kristal çatlaklarının oluşumunun öncelikle aşağıdaki üç faktöre bağlı olduğunu öne sürmektedir:
Gevrek sıcaklık aralığının boyutu ve bu aralıktaki süneklik değeri genellikle kaynak sıcak çatlakları üretebilen metalurjik faktörler olarak adlandırılırken, metalin gevrek sıcaklık aralığındaki deformasyon hızı mekanik bir faktör olarak bilinir.
Kaynak işlemi bir dizi dengesiz teknolojik prosedürü içerir. Bu özellik, kaynaklı bağlantılardaki metal kırılmasının fiziksel, kimyasal ve organizasyonel heterojenlik, cüruf ve inklüzyonlar, gaz elementleri ve kaynak teknolojik ve metalurjik süreçlerinin ürünlerinin aşırı doygun konsantrasyonlarına sahip boşluklar gibi metalurjik ve mekanik faktörleriyle yakından bağlantılıdır.
Tüm bu faktörler metalürjide çatlakların başlaması ve gelişmesiyle yakından ilişkilidir.
Mekanik faktörler açısından, spesifik sıcaklık gradyanı ve soğutma hızı kaynak termal döngüsü Kaynaklı bağlantının belirli kısıtlama koşulları altında karmaşık bir gerilme-şekil değiştirme durumunda olmasına neden olabilir, bu da çatlakların başlaması ve gelişmesi için gerekli koşulları sağlar.
Kaynak işlemi sırasında, metalürjik ve mekanik faktörlerin birleşik etkisi metal bağlantısını iki şekilde güçlendirebilir veya zayıflatabilir.
Soğuma sırasında kaynaklı birleştirme metalinde güçlü bir bağlantı kurulursa, gerilme belirli katı kısıtlama koşulları altında itaatkar kalabilir. Kaynak ve dikişin yakınındaki metal, dış kısıtlama gerilmesine ve iç kısıtlama gerilmesine dayanabildiğinde artık stresçatlakların oluşma olasılığı daha düşüktür ve metalin çatlak hassasiyeti düşüktür.
Öte yandan, gerilime dayanılamazsa, metaldeki mukavemet bağlantısının kesilme olasılığı daha yüksektir ve bu da çatlaklara neden olur. Bu durumda kaynak bağlantı metalinin çatlak hassasiyeti yüksektir.
Kaynak bağlantı metali, kristalleşme katılaşma sıcaklığından belirli bir oranda oda sıcaklığına soğutulur. Çatlak hassasiyeti, deformasyon kapasitesi ve uygulanan gerilmenin karşılaştırılmasının yanı sıra deformasyon direnci ve uygulanan gerilmenin karşılaştırılmasına bağlıdır.
Bununla birlikte, soğutma işlemi sırasında, farklı sıcaklık aşamaları farklı taneler arası mukavemet ve tane mukavemeti büyümesine, taneler arasında ve içinde farklı deformasyon dağılımına, gerilmenin neden olduğu farklı difüzyon davranışına, farklı gerilme konsantrasyon koşullarına ve metal gevrekleşmesine yol açan faktörlere neden olabilir. Bunlar kaynaklı bağlantılarda farklı spesifik zayıf halkalara neden olabilir ve zayıflama dereceleri de değişebilir.
Kaynak bağlantı metalinde çatlak oluşumu hem metalurjik hem de mekanik faktörlerle yakından ilişkilidir.
Mekanik faktörlerdeki gerilim gradyanı, termal döngü özellikleri tarafından belirlenen sıcaklık gradyanı ile ilgilidir. Metalin termal iletkenliği, metalurjik faktörler olarak kabul edilen termal döngü özelliklerini belirler. Bunlar metalin termoplastik değişim özelliklerini, termal genleşmeyi ve yapısal dönüşümü içerir.
Kaynaklı birleştirme metalinin gerilme-şekil değiştirme durumu hem metalurjik hem de mekanik faktörlerden büyük ölçüde etkilenir. Ayrıca, bu faktörler sıcaklık azaldıkça ve soğutma hızı değiştikçe değişime uğrar.
Farklı sıcaklık aralıkları aşağıdakileri etkiler kaynaklı bağlantı mukavemeti metali farklı şekilde etkiler. Örneğin, geniş kristalleşme sıcaklığı aralığı ve düşük katılaşma sıcaklığı, taneler arasında kalan düşük erime noktalı sıvı metalde gerilim yoğunlaşmasına neden olarak katı metalde çatlaklara yol açabilir. Benzer şekilde, büzülme büyükse, özellikle hızlı soğutma koşulu altında, büzülme gerinim oranı yüksek ve gerilme-gerinim durumu sert olduğunda çatlakların oluşması muhtemeldir.
Alüminyum sırasında kaynak metalinin katılaşması ve kristalleşmesinin sonraki aşamasında alaşım kaynağıötektik, bir "sıvı film" oluşturmak için kristal kesişme merkezinde sıkıştırılır. Bu noktada, soğutma sırasındaki büyük büzülme nedeniyle, büyük çekme gerilimi oluşturmak için serbest büzülme mevcut değildir. Sonuç olarak, sıvı film zayıf bir bağlantı oluşturur ve bu zayıf bölgede çekme gerilmesinin etkisiyle çatlayabilir.
Alüminyum alaşım kaynağında sıcak çatlakların oluşumunu araştırmak için, kaynak havuzunun kristalleşme süreci üç aşamaya ayrılmıştır.
İlk aşama, kaynak eriyik havuzu yüksek sıcaklıktan soğumaya başladığında az sayıda kristal çekirdeğin var olduğu sıvı-katı aşamadır. Sıcaklık düştükçe ve soğuma süresi uzadıkça, kristal çekirdekleri giderek büyür ve yenileri ortaya çıkar.
Bununla birlikte, sıvı faz hala baskındır ve bitişik taneler arasında temas yoktur, bu da henüz katılaşmamış sıvı alüminyum alaşımının serbest akışına izin verir. Bu nedenle, çekme gerilimi altında bile, açılan herhangi bir boşluk akan sıvı metal tarafından derhal doldurulabilir ve bu aşamada çatlak olasılığını çok düşük hale getirir.
İkinci aşama katı-sıvı aşamasıdır. Burada, kristalleşme ilerledikçe erimiş havuzdaki katı faz artmaya devam eder ve daha önce oluşan kristal çekirdekleri büyümeye devam eder.
Sıcaklık belirli bir noktaya düştüğünde, katılaşmış alüminyum alaşım metal kristalleri birbirleriyle temas eder ve sürekli olarak birlikte yuvarlanır. Bu aşamada sıvı alüminyum alaşımının akışı engellenir ve erimiş havuz kristalizasyonu katı-sıvı fazına girer.
Az miktarda sıvı alüminyum alaşımlı metal nedeniyle, kristalin kendisinin deformasyonu bu aşamada güçlü bir şekilde gelişebilir ve kristaller arasındaki artık sıvı fazın akması kolay değildir.
Çekme gerilimi altında oluşan küçük boşluklar doldurulamaz ve küçük bir çekme gerilimi bile çatlak olasılığına yol açabilir. Bu aşama "kırılgan sıcaklık bölgesi" olarak bilinir.
Üçüncü aşama tam katılaşma aşamasıdır. Erimiş havuz metali tamamen katılaştıktan sonra oluşan kaynak çekme gerilimine maruz kaldığında iyi bir mukavemet ve plastisite gösterir ve bu aşamada çatlama olasılığı nispeten düşüktür.
Bu nedenle, sıcaklık a-b arasındaki kırılgan sıcaklık bölgesinden daha yüksek veya daha düşük olduğunda, kaynak metali kristal çatlaklara karşı daha büyük bir dirence ve daha küçük bir çatlak eğilimine sahiptir. Genel olarak, daha az safsızlık içeren metaller için (ana metal ve kaynak malzemeleri̇), kırılgan sıcaklık aralığı dardır.
Çekme gerilimi bu aralıkta kısa bir süre için etki eder, bu nedenle kaynağın toplam gerilimi nispeten küçüktür, bu da kaynak sırasında çatlakların oluşma eğiliminin daha düşük olmasına neden olur.
Bununla birlikte, kaynakta çok sayıda kirlilik varsa, kırılgan sıcaklık aralığı nispeten geniştir ve bu aralıktaki çekme gerilmesinin etki süresi nispeten uzundur, bu da çatlak üretme eğiliminin artmasına neden olur.
Alüminyum alaşım kaynağında sıcak çatlak olasılığını azaltmak için iki açıdan iyileştirme yapılabilir: metalurjik faktörler ve teknolojik faktörler.
Metalurjik faktörlerle ilgili olarak, kaynak sırasında taneler arası sıcak çatlakların önlenmesi, kaynak alaşım sisteminin ayarlanmasını veya dolgu metaline modifiye ediciler eklenmesini içerir.
Uygun miktarda eriyebilir ötektik kontrol etmek ve çatlak direnci perspektifinden kristalleşme sıcaklık aralığını daraltmak için kaynak alaşım sisteminin odağının ayarlanması gerekir.
Alüminyum alaşımı tipik bir ötektik alaşım olduğundan, alaşımın "maksimum" katılaşma sıcaklık aralığı maksimum çatlak eğilimine karşılık gelir.
Az miktarda eriyebilir ötektik varlığı her zaman katılaşma çatlağı eğilimini artırır. Buna karşı koymak için, ana alaşım elementlerinin içeriği tipik olarak bir "iyileştirme" etkisi üretmek için maksimum çatlak eğilimine sahip alaşım bileşeninin ötesine yükseltilir.
Ek olarak, Ti, Zr, V ve B gibi eser elementler, taneleri rafine ederek ve kaynak sıcak çatlaklarını önleyerek plastisiteyi ve tokluğu iyileştirmek amacıyla dolgu metaline değiştirici olarak eklenir. Bu girişim bir süredir devam etmektedir ve olumlu sonuçlar vermiştir.
Şekil 3, Al-4.5% Mg kaynak telinin rijit bindirme koşulu altında bir değiştirici ile çatlak direnci test sonuçlarını göstermektedir. dolgu kaynağı. Test 0.15% Zr ve 0.1% Ti+B ilavesini içermiştir. Sonuçlar, Ti ve B'nin aynı anda eklenmesinin çatlama direncini önemli ölçüde artırdığını göstermektedir.
Ti, Zr, V, B ve Ta'nın ortak özelliği alüminyum ile reaksiyona girerek bir dizi peritektik reaksiyon oluşturabilmeleri ve bunun sonucunda Al3Ti, Al3Zr, Al7V, AlB2, Al3Ta gibi refrakter metal bileşiklerinin oluşmasıdır.
Bu küçük refrakter partiküller, sıvı metalin katılaşma süreci sırasında kendiliğinden katılaşmayan kristal çekirdekleri olarak hareket edebilir ve böylece tane inceltmeyi kolaylaştırabilir.
Kaynak özellikleri, ön ısıtma, birleştirme şekli ve kaynak sırası gibi proses faktörleri, kaynak gerilimine dayanan kaynak çatlaklarını çözmek için çok önemlidir. Kaynak işlemi parametreleri, katılaşma sürecinin ve katılaşma yapısı durumunun dengede olmamasının yanı sıra katılaşma sırasındaki gerilme büyüme oranını etkiler ve böylece çatlak oluşumunu etkiler.
Kaynak yöntemleri Konsantre ısı enerjisi kullanan malzemeler hızlı kaynağı kolaylaştırır ve güçlü yönlülüğe sahip kaba sütunlu kristallerin oluşumunu önleyebilir, böylece çatlama direncini artırır.
Azaltılması kaynak hızı ve küçük bir kaynak akımı kullanmak erimiş havuzun aşırı ısınmasını azaltabilir ve çatlama direncini artırabilir. Ancak kaynak hızının artırılması, kaynaklı bağlantıların gerinim oranını ve sıcak çatlama eğilimini artırır. Bu nedenle, kaynak hızının ve kaynak akımının artırılmasının çatlama eğilimini artırdığı açıktır.
Montaj sırasında ve alüminyum kaynağı yapılarda, kaynak çok fazla sertlik taşımaz. Bu nedenle kesit kaynağı, ön ısıtma veya kaynak hızının düşürülmesi gibi önlemler alınabilir.
Ön ısıtma, numunenin bağıl genleşmesini azaltabilir ve sonuç olarak kaynak gerilimini azaltabilir, bu da kırılgan sıcaklık aralığındaki gerilimi azaltır. Alın kaynağı Mümkün olduğunca oluklu ve küçük aralıklı kaynak kullanılmalı, çapraz bağlantı ve yanlış konumlandırma ve kaynak sıralamasından kaçınılmalıdır. Kaynak tamamlandığında veya kesildiğinde, krater hemen doldurulmalı ve ısı kaynağı uzaklaştırılmalıdır, aksi takdirde krater çatlakları kolayca oluşabilir.
Çok katmanlı 5000 serisi alaşımların kaynaklı birleştirmelerinin kaynağı sırasında, yerel taneler arası erime nedeniyle sıklıkla mikro çatlaklar meydana gelir ve bu da kaynak ısısı Bir sonraki kaynak boncuğu katmanının girişi.
Bu makalenin bulgularına göre, ana metal ve dolgu malzemesinin yüzey temizliği alüminyum alaşım kaynağı için çok önemlidir. Malzeme katılması, kaynakta çatlakların kaynağı ve kaynak performansının düşmesinin birincil nedeni haline gelir.
MachineMFG'nin kurucusu olarak, kariyerimin on yıldan fazlasını metal işleme sektörüne adadım. Kapsamlı deneyimim, sac metal imalatı, talaşlı imalat, makine mühendisliği ve metaller için takım tezgahları alanlarında uzman olmamı sağladı. Bu konular hakkında sürekli düşünüyor, okuyor ve yazıyorum, sürekli olarak alanımın ön saflarında kalmaya çalışıyorum. Bilgi ve uzmanlığımın işiniz için bir değer olmasına izin verin.
TR 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
ID 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO