Два важных фактора, влияющих на сварку стали и алюминия
Сталь и алюминий имеют разные химические и физические свойства, такие как температура плавления, коэффициент теплового расширения, модуль упругости и т. Д. При сварке стали и алюминия методом горячей сварки они столкнутся со многими проблемами, то есть алюминий и сталь склонны к образуют очень твердые и хрупкие фазы IMP (интерметаллическая фаза), чем больше подвод тепла при сварке, тем больше фаз IMP образуется. Эта стадия хрупкости серьезно нарушает статическую и динамическую прочность соединения и снижает его пластичность. Их основные физические отличия заключаются в следующем:
Сталь может плавить часть алюминия в твердом состоянии, но когда содержание алюминия превышает 12%, кристаллическая структура кардинально меняется, образуя очень твердую (250-520hv) и хрупкую смесь FeAL (сетка) и Fe3Al (сетка). При дальнейшем увеличении содержания алюминия в смеси Fe2Al, Fe2Al5 и FeAl3 обеспечивается более высокая твердость (600–1100 HV) и более высокая хрупкость. Этот хрупкий материал является результатом диффузии стали в алюминий или алюминия в сталь. Когда электрохимические потенциалы двух разных материалов различны, происходит молекулярная диффузия, чтобы компенсировать разность потенциалов. Чем больше разность потенциалов (E ~ 1.22 В для стали и алюминия), тем больше тенденция к диффузии.
Однако, когда толщина хрупкой фазы IMP сварного соединения составляет менее 10 мкм, его хрупкость становится менее важной и очевидной. В это время производительность заготовки в основном зависит от пластичности подложки. Коррозия - еще одна серьезная проблема, потому что электрохимический потенциал этих двух материалов полностью различается, что приводит к электролизу (эквивалентно батарее), в то время как потенциал алюминия очень низкий, а отрицательный электрод будет корродировать при электролизе. Таким образом, сварка стали и алюминия должна соответствовать двум требованиям:
- Толщина фазы IMP на стыке <10 м
- Предотвратить коррозию основного металла после сварки
Чтобы удовлетворить этим двум требованиям, требуется процесс с низким тепловложением, а затем требуется специальная сварочная проволока или антикоррозионная обработка сварных швов.
Технология CMT (Cold Metal Transfer) разработана на основе передачи короткого замыкания, и ее тепловложение намного ниже, чем при обычной сварке GMAW. Процесс такой: дуга горит, и проволока продвигается вперед, пока капля не укорачивается. В это время скорость подачи проволоки меняется на обратную, проволока протягивается назад, а ток и напряжение почти равны нулю. После формирования следующей петли дуга снова зажигается, и перенос капель начинается снова до повторного соединения провода. Средняя частота этого обратного / обратного движения достигает 70 Гц.
Удачный пример - сварка оцинкованной стали и алюминия. Сварочный эксперимент выглядит следующим образом: толщина алюминия 0.83 мм, наполнитель - алюминий-кремний, а паяльный шов формируется на поверхности стали путем плавления алюминия и цинка. Основное испытание толщиной 1 мм проводилось на стыке стали и алюминия. В следующей таблице представлена средняя интенсивность теста.
Потеря прочности зоны термического влияния в процессе переноса холодного металла неизбежна. При сварке и термообработке алюминиевого сплава прочность зоны термического влияния теряется на 30-40% из-за выделения кристаллов с образованием смешанной кристаллической структуры. Следовательно, зона термического влияния соединения является самой слабой частью соединения, а минимальная прочность на разрыв составляет около 60% от прочности материалов на основе алюминия. Для алюминиевых сплавов, закаленных естественным путем, прочность зоны термического влияния также снижается из-за перекристаллизации. Снижение прочности связано с подводом тепла во время предварительной обработки и сварки, а разрушение в основном происходит в зоне термического влияния.
Данные испытаний показывают, что сварка стали и алюминия возможна, но сталь должна быть оцинкована, а специальный процесс сварки с низким энергопотреблением является предпосылкой успеха. Сварные соединения имеют хорошую прочность на растяжение, коррозионную стойкость и сопротивление усталости, а хрупкая фаза IMP составляет менее 2.5 мкм, что является ключом к предотвращению хрупкого разрушения стыков стали-алюминия.
Decho является профессиональным поставщиком различного алюминия, стали, а также алюминиевых сплавов, изделий из стальных сплавов, а также материалов и изделий из металла со специальной обработкой. Если у вас есть такие потребности, пожалуйста, не стесняйтесь писать по электронной почте. [электронная почта защищена] .
