1 ديباجة
سبائك المغنيسيوم ليست خفيفة وعالية القوة ومنخفضة السعر فحسب ، بل تتميز أيضًا بتخميد الاهتزازات الجيدة ، وقابلية الصب ، والتوصيل الكهربائي ، والدرع الكهرومغناطيسي ، وتبديد الحرارة ، وأصبحت المواد المعدنية المفضلة للعديد من المنتجات الصناعية. في الوقت الحاضر ، تُستخدم سبائك المغنيسيوم على نطاق واسع في مكونات ذات قدرة تحمل صغيرة مثل إطارات قمرة القيادة ، وأقواس المعدات ، ومحاور العجلات في صناعة الطيران [1].
مع التحول والارتقاء بمعدات التصنيع الحديثة واسعة النطاق ، أصبح الطلب على الأجزاء الهيكلية خفيفة الوزن من سبائك المغنيسيوم أمرًا ملحًا للغاية. ومع ذلك ، هناك العديد من العيوب في لحام سبائك المغنيسيوم ، ومن الصعب الحصول على وصلات ملحومة بجودة تشكيل عالية وأداء شامل عالي. يحلل هذا البحث أسباب عيوب اللحام بسبيكة المغنيسيوم ويقترح تدابير وقائية ، والتي يمكن أن تساعد في تعميم وتطبيق مواد سبائك المغنيسيوم ، ولها أهمية عملية في مجال معدات التصنيع.
2 عملية لحام سبائك المغنيسيوم
تشمل عمليات اللحام الشائعة لسبائك المغنيسيوم اللحام بالصهر ولحام المرحلة الصلبة. يشمل لحام الانصهار بشكل أساسي لحام القوس بالأرجون التنغستن ولحام القوس بالأرجون المعدني ولحام شعاع الإلكترون واللحام بالليزر وطرق أخرى ، ولحام الطور الصلب هو بشكل أساسي لحام الدمج الاحتكاكي. من بينها ، أصبح لحام الدمج الاحتكاكي طريقة لحام مفضلة نظرًا لمزاياها المتمثلة في تقليل أعمال التحضير قبل اللحام ، وعدم الحاجة إلى عزل الغاز ومواد اللحام ، واللحام في جميع المواضع ، والخصائص الميكانيكية الجيدة لعمليات اللحام ، وضغط ما بعد اللحام الصغير تشوه. ومع ذلك ، فإن لحام الدمج الاحتكاكي له عيوب تتمثل في وجوب تثبيت اللحام بشكل صارم ، وسرعة اللحام منخفضة ، ورأس التحريك سريع التآكل ، ومن السهل تشكيل ثقب المفتاح في نهاية اللحام ، مما يجعل اللحام الانصهار طريقة لحام شائعة .
3 تحليل عيوب اللحام لسبائك الماغنسيوم
تحتوي سبائك المغنيسيوم على عيوب مثل التبخر السهل ، والأكسدة السهلة ، والنترة السهلة ، والضغط الحراري الكبير ، وغالبًا ما تظهر مجموعة متنوعة من عيوب اللحام أثناء اللحام. يتم فرز الأسباب والتدابير الوقائية للعيوب الشائعة مثل المسام والشقوق الحرارية والتشوه.
3.1 الثغور
(1) غالبًا ما تظهر أسباب تكوين المسام في لحام مفصل اللحام الانصهار. على سبيل المثال ، يوضح الشكل 1 التشكل المسامي لدرزة اللحام لمفصل لحام القوس التنغستن القوسي العادي AZ91D المصبوب بالقالب. هناك نوعان من المسام المجهرية التي يغلب عليها غاز الهيدروجين والمسام العيانية المتشابكة التي يهيمن عليها النيتروجين [2].
يُعزى تكوين المسام بشكل أساسي إلى سببين: أحدهما هو أن الغاز غير القابل للذوبان الناتج عن التفاعل المعدني في حوض اللحام يتجمع بين بلورات التشعب المتصلب وليس من السهل تفريغه لتشكيل المسام ؛ والآخر لأن حوض اللحام يمتص ويذوب البعض في مرحلة التصلب ، تقل قابلية الذوبان في الغاز بسرعة مع الانخفاض الحاد في درجة حرارة البركة المنصهرة ، ويسهل تجميع الغاز في مقدمة التشعبات المتنامية ، وتشكيل المسام على طول طبقة بلورية.
أثناء اللحام بالانصهار لسبائك المغنيسيوم ، تأتي المسام بشكل أساسي من الهيدروجين المذاب ، بينما يأتي الهيدروجين في البركة المنصهرة بشكل أساسي من الرطوبة حول المعدن الأساسي أو سلك اللحام أو الغلاف الجوي للعمود القوسي. تتمتع سبائك المغنيسيوم بموصلية حرارية قوية ، وسرعة تصلب البركة المنصهرة سريعة جدًا ، مما يتسبب في هروب الهيدروجين وتشكيل المسام. في الوقت نفسه ، من السهل تشكيل فيلم MgO على سطح سبائك المغنيسيوم. كلما زاد محتوى المغنيسيوم يؤدي إلى المزيد من MgO ، يكون MgO أكثر مرونة من Al2O3 والأكاسيد الأخرى ، كما أنه من الأسهل امتصاص الماء وتشكيل المسام.
في الوقت الحاضر ، تعتبر مسامية اللحامات المصهورة المحمية بالغاز الخامل (MIG) هي الأعلى. وذلك لأن اللحام MIG يعتمد على الصهر المستمر لسلك اللحام ، وسوف يذيب فيلم الأكسيد الموجود في سلك اللحام الماء المرفق بقوة في القطرة ، مما يؤدي إلى هدرجة البركة المنصهرة. . لحام شعاع الإلكترون واللحام بالليزر لهما أيضًا مسامية أكبر في اللحام ، ويرجع ذلك إلى انخفاض مدخلات حرارة اللحام لهاتين الطريقتين ، ومعدل التبريد الأسرع لحوض السباحة المنصهر ، والهيدروجين الموجود في البركة المنصهرة ليس لديه وقت للهروب.
(2) التدابير الوقائية المعالجة قبل اللحام: الجمع بين التنظيف الميكانيكي والتنظيف الكيميائي لإزالة طبقة الأكسيد وبقع الزيت على سطح المعدن الأساسي وسلك اللحام قدر الإمكان ؛ استخدام طرق التجفيف لإزالة الرطوبة على سطح المعدن الأساسي وأسلاك اللحام قدر الإمكان ؛ حاول تجنب اللحام في البيئة.
تحسين معلمات اللحام: يمكن أن تؤثر معلمات اللحام على ظروف تسرب الغاز وانصهاره في البركة المنصهرة. عندما تكون ظروف الهروب أكثر ملاءمة من ظروف الانصهار ، فمن الممكن تقليل المسامية. يوضح الشكل 2 العلاقة بين ميل مسامية سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم LF6 ومعلمات اللحام [3]. يؤدي تيار اللحام الأكبر وسرعة اللحام إلى تقليل المسامية.
يتميز الغلاف الجوي الوقائي بخصائص مؤكسدة مناسبة: من منظور منع انحلال الهيدروجين ، فإن إضافة كمية صغيرة من ثاني أكسيد الكربون أو O2 إلى الغاز الخامل المستخدم لحماية اللحام مثل Ar and He يمكن أن يساعد في تقليل المسامية.
3.2 الشقوق الحرارية
(1) أسباب التكوين الشقوق الحرارية الأكثر شيوعًا هي شقوق التصلب وشقوق التميع. شقوق التصلب هي شقوق ناتجة عن فصل الطبقة السائلة المتبقية بين معدن اللحام عندما تنخفض درجة حرارة التصلب بالقرب من خط الصلب. صدع التميع هو أن الطور بين البلورات يذوب في الطور السائل عندما ترتفع درجة حرارة منطقة الشق القريب ، وينفصل الفيلم السائل ويتشقق. على سبيل المثال ، يوضح الشكل 3 حالة شقوق التصلب في اللحام المقابلة لسرعات اللحام المختلفة أثناء اللحام بالليزر لسبائك المغنيسيوم ZK60 [4].
أثناء عملية اللحام ، يتفاعل عنصر المغنيسيوم الرئيسي في صناعة السبائك بسهولة مع العناصر النزرة مثل الألومنيوم والنحاس والنيكل وما إلى ذلك لتشكيل مركب سهل الانصهار منخفض نقطة الانصهار. أثناء التصلب ، في نطاق درجة الحرارة الهشة ، سيتم توزيع هذه المواد سهلة الانصهار غير المجمعة بين الحبوب في شكل فيلم سائل ، مما يقلل بشكل خطير من قوة الترابط بين الخلايا الحبيبية. تحتوي سبائك المغنيسيوم على معامل تمدد حراري كبير ، مما يسبب تشوهًا حراريًا كبيرًا أثناء اللحام ، وستكون عرضة لضغط انكماش كبير أثناء التصلب. من الصعب أن يقاوم الفيلم السائل بين الحبيبات إجهاد الانكماش هذا ، كما أنه من السهل تكسيره وتشكيل شقوق تصلب. وبنفس الطريقة ، فإن الموصلية الحرارية ومعدل الإجهاد لسبائك المغنيسيوم كبيرة نسبيًا ، ودورة حرارة اللحام سوف تذوب بسرعة المرحلة بين الحبيبات بالقرب من التماس ، وسوف تنخفض الخصائص الميكانيكية لحدود الحبوب ، وهو أمر سهل التصدع تحت ضغط.
(2) التدابير الوقائية اضبط محتوى العناصر في المعدن الأساسي وسلك اللحام: الحد من محتوى العناصر المنفصلة بسهولة والشوائب الضارة في المعدن الأساسي وأسلاك اللحام ، وتقليل الفصل الكلي والمراحل الثانية منخفضة الانصهار التي تحدث في اللحام.
تحسين معلمات اللحام: باختيار سرعة لحام معقولة ، يوضح الشكل 4 العلاقة بين شكل البركة المنصهرة وسرعة اللحام [3]. عند اللحام بسرعة منخفضة ، يكون البركة المنصهرة بيضاوية الشكل ، وتنمو البلورات العمودية إلى منتصف اللحام في نمط متعرج ، وهو ليس من السهل تشكيل أسطح ضعيفة منفصلة ، وميل الشقوق الحرارية صغير ؛ ولكن عند اللحام بسرعة عالية ، يكون البركة المنصهرة على شكل دمعة ، وتتشابه البلورات العمودية مع أنها تنمو عموديًا على محور اللحام ، ومن السهل تشكيل سطح ضعيف للعزل عند سطح الاجتماع ، والميل التكسير الحراري كبير. من الممكن أيضًا تحسين حجم الحبوب وتقليل حجم المرحلة الحبيبية عن طريق تقليل مدخلات حرارة اللحام بشكل مناسب ، وإبطاء إجهاد تصلب وانكماش اللحام عن طريق تقليل معدل التبريد ، وكل ذلك يمكن أن يقلل من حدوث شقوق حرارية.
السيطرة المعقولة على ضبط النفس: من خلال التحكم في ضبط النفس ، يتم تقليل الضغط على المفصل قدر الإمكان. على سبيل المثال ، اختيار تسلسل اللحام المناسب. عندما يكون تسلسل اللحام غير مناسب ، فقد تكون اللحامات القليلة الأخيرة في حالة تقييد كبير ، ومن الصعب أن تتقلص بحرية ، وتزيد كمية الإجهاد بشكل كبير ، وتكون الشقوق عرضة للحدث.
3.3 تشوه
(1) أسباب تكوين سبائك المغنيسيوم لها موصلية حرارية عالية ومعامل تمدد حراري كبير ، وبالتالي فإن معدل التبريد لدرز اللحام سريع ، ومنطقة التماس القريبة والمعدن الأساسي تتشوه بسهولة عن طريق إجهاد الانكماش ، والشكل النهائي و تغيير الحجم. على سبيل المثال ، يوضح الشكل 5 أن سبيكة الألومنيوم والمغنيسيوم بها تشوه مقعر لأن اللحام الحشو للفوهة قريب جدًا من مقاس اللحام المحيط بالأسطوانة [5].
(2) التدابير الوقائية تحسين هيكل اللحام: الترتيب المنطقي لموضع اللحامات ، والتأكد من أن كل لحام به مساحة كافية لتبديد الحرارة ، وتجنب التركيز المفرط للحامات في المنطقة ؛ حدد الشكل المناسب وحجم اللحامات [6].
زيادة الصلابة والتثبيت: عند لحام ألواح سبائك المغنيسيوم ، استخدم تركيبات خاصة وقضبان دعم وأجهزة أخرى لإصلاح ألواح سبائك المغنيسيوم على طاولة العمل. بعد التبريد إلى درجة حرارة الغرفة بعد اللحام ، يتم استخدام طريقة الطرق لتحرير جزء من إجهاد اللحام ، ثم يتم إزالة التثبيت الصلب.
التسخين المسبق قبل اللحام: يؤدي التسخين المسبق قبل اللحام إلى زيادة درجة حرارة المعدن الأساسي لضمان تقليل فرق درجة الحرارة بين معدن اللحام والمعدن الأساسي المحيط أثناء اللحام ، وبالتالي تقليل الضغط الداخلي لانكماش اللحام.
اختر تسلسل لحام معقول: قسّم المكون إلى عدة وحدات صغيرة بشكل مناسب ، وقم بلحام كل وحدة صغيرة على حدة ، ثم قم بلحام الوحدات الصغيرة ككل ، بحيث يمكن أن تتقلص اللحامات غير المتماثلة أو اللحامات ذات الانكماش الكبير بحرية أكبر دون الانكماش. تؤثر على الهيكل بأكمله [7].
التحكم في مقاومة التشوه: قم بتقدير حجم واتجاه تشوه اللحام ، ثم اضبط التشوهات الاصطناعية ذات الاتجاهات المعاكسة والأحجام المتساوية أثناء تجميع اللحام ، بحيث يمكن تعويض التشوه الناتج عن اللحام بمضاد التشوه المحدد مسبقًا.
3.4 عيوب أخرى
(1) الثقوب غالبًا ما تظهر الثقوب في اللحام الناتج عن الاحتكاك والمفاصل الملحومة. على سبيل المثال ، يوضح الشكل 6 عيب الفراغ في درز اللحام التحريك الاحتكاكي لسبائك المغنيسيوم AZ31 [8]. عندما تكون سبائك المغنيسيوم اللحام ، عندما تكون مدخلات حرارة اللحام غير كافية ، فإن التشوه البلاستيكي للمعدن المودع سيكون غير كافٍ ، وستكون سيولة المواد ضعيفة ، ولن يتم إغلاق الجزء الداخلي من اللحام تمامًا ، مما يؤدي إلى تكوين ثقوب ؛ عندما يكون مدخل حرارة اللحام كبيرًا جدًا ، سيتسبب رأس التحريك في أن مادة اللحام الموجودة على الجانب الأمامي تتوسع وتفيض ، والردم غير كافٍ ، مما يؤدي إلى تكوين ثقوب ؛ عند استخدام رأس تقليب عمودي أو مخروطي بدون خيط ، يكون التشوه البلاستيكي للمادة في منطقة اللحام غير كافٍ ، وتتشكل الثقوب بسهولة. يمكن تجنب حدوث عيوب الثقب من خلال التحكم بشكل معقول في سرعة اللحام وسرعة دوران رأس التحريك لضبط مدخل حرارة اللحام ، أو اختيار الشكل الهندسي المناسب لرأس التحريك.
صورة
شكل 6 عيب المسام في الوصلة الملحومة بدعامة الاحتكاك من سبيكة الماغنسيوم AZ31 (AS هو الجانب الأمامي ، RS هو الجانب الخلفي) [8]
(2) غالبًا ما يحدث الاحتراق من خلال الحرق في خط اللحام لمفصل اللحام الانصهار. نظرًا لنقطة الانصهار العالية لأكسيد المغنيسيوم ونقطة الانصهار المنخفضة لسبائك المغنيسيوم ، فمن الصعب دمج الاثنين عند ربطهما معًا. عندما يتم لحام صفائح سبائك المغنيسيوم ، من الصعب ملاحظة ذوبان اللحام. بمجرد زيادة مدخلات الحرارة إلى نطاق غير معقول ، لا يتغير لون البركة المنصهرة بشكل كبير ، لكن المعدن غير المصهور الموجود أسفل البركة المنصهرة لا يمكنه مقاومة الضغط الذي يتلقاها ، ويحدث الاحتراق في هذا الوقت. قم بعمل جيد لتنظيف سطح سبائك المغنيسيوم قبل اللحام ، واللحام في أسرع وقت ممكن بعد التنظيف لتجنب حدوث عيوب الاحتراق. بالإضافة إلى ذلك ، من خلال تحسين معلمات اللحام للحد من عمق الاختراق ، يمكن أيضًا تجنب الاحتراق.
4 تحليل حالة نموذجي لعيوب اللحام في سبائك المغنيسيوم
تم لحام سبيكة المغنيسيوم GW63K بسمك 6 مم بواسطة اللحام بالليزر ولحام شعاع الإلكترون على التوالي ، ويظهر الشكل المجهري لدرزة اللحام في الشكل 7 والشكل 8 على التوالي. النوعان من طبقات اللحام بالانصهار لهما عيوب واضحة مثل الترشيش والقطع الناجم عن نقطة الانصهار المنخفضة لسبائك المغنيسيوم ، ومعامل التمدد الحراري الكبير ، ومدخلات حرارة اللحام الكبيرة. يمكن استخدام الطرق اللاحقة لتقليل مدخلات حرارة اللحام. تحسين العملية.
صورة
الشكل 7 التشكل العياني للتماس الملحوم بالليزر لسبائك المغنيسيوم GW63K
صورة
الشكل 8 التشكل العياني للتماس الملحوم بحزمة الإلكترون لسبائك المغنيسيوم GW63K
