1 preâmbulo
As ligas de magnésio não são apenas leves, de alta resistência e de baixo preço, mas também têm bom amortecimento de vibração, fundibilidade, condutividade elétrica, blindagem eletromagnética e dissipação de calor, e tornaram-se os materiais metálicos preferidos para muitos produtos industriais. Atualmente, as ligas de magnésio são amplamente utilizadas em componentes com pequena capacidade de suporte, como estruturas de cockpit, suportes de equipamentos e cubos de roda na indústria da aviação [1].
Com a transformação e atualização de equipamentos modernos de fabricação em larga escala, a demanda por peças estruturais leves de liga de magnésio tornou-se muito urgente. No entanto, existem muitos defeitos na soldagem de ligas de magnésio e é difícil obter juntas soldadas com alta qualidade de conformação e alto desempenho abrangente. Este trabalho analisa as causas dos defeitos de soldagem de ligas de magnésio e propõe medidas preventivas, que podem auxiliar na popularização e aplicação de materiais de ligas de magnésio, e tem significado prático para a área de fabricação de equipamentos.
2 Processo de soldagem da liga de magnésio
Processos comuns de soldagem para ligas de magnésio incluem soldagem por fusão e soldagem em fase sólida. A soldagem por fusão inclui principalmente soldagem a arco de argônio de tungstênio, soldagem a arco de argônio de metal, soldagem por feixe de elétrons, soldagem a laser e outros métodos, e soldagem em fase sólida é principalmente soldagem por fricção. Entre eles, a soldagem por fricção tornou-se um método de soldagem preferido devido às suas vantagens de menos trabalho de preparação pré-soldagem, sem necessidade de gás de proteção e materiais de soldagem, soldagem em todas as posições, boas propriedades mecânicas de soldagens e pequena tensão pós-soldagem deformação. No entanto, a soldagem por fricção tem as desvantagens de que a soldagem deve ser fixada rigidamente, a velocidade de soldagem é baixa, a cabeça de agitação se desgasta rapidamente e o buraco da fechadura é fácil de formar no final da solda, o que torna a soldagem por fusão um método de soldagem comum .
3 Análise de defeitos de soldagem de liga de magnésio
As ligas de magnésio têm desvantagens, como fácil evaporação, fácil oxidação, fácil nitretação e grande tensão térmica, e muitas vezes mostram uma variedade de defeitos de soldagem durante a soldagem. As causas e medidas preventivas de defeitos comuns, como poros, trincas térmicas e deformações, são resolvidas.
3.1 Estômatos
(1) Causas de formação Freqüentemente aparecem poros na solda da junta de solda por fusão. Por exemplo, a Figura 1 mostra a morfologia dos poros da costura de soldagem de uma junta de soldagem por arco de arco de argônio e tungstênio de liga de magnésio AZ91D de fundição comum. Existem dois tipos de poros microscópicos dominados por gás hidrogênio e poros macroscópicos emaranhados dominados por nitrogênio [2].
A formação de poros é atribuída principalmente a duas razões: uma é que o gás insolúvel gerado pela reação metalúrgica na poça de soldagem se acumula entre os cristais dendríticos solidificados e não é fácil de descarregar para formar poros; a outra é porque a poça de fusão absorve e dissolve parte No estágio de solidificação, a solubilidade do gás diminui rapidamente com a queda acentuada da temperatura da poça de fusão, e o gás é fácil de se acumular na frente dos dendritos em crescimento, formando poros ao longo do camada de cristal.
Durante a soldagem por fusão de ligas de magnésio, os poros vêm principalmente do hidrogênio dissolvido, enquanto o hidrogênio na poça de fusão vem principalmente da umidade ao redor do metal base, fio de solda ou atmosfera da coluna de arco. As ligas de magnésio têm forte condutividade térmica e a velocidade de solidificação da poça de fusão é muito rápida, fazendo com que o hidrogênio escape e forme poros. Ao mesmo tempo, o filme de MgO é fácil de formar na superfície da liga de magnésio. Quanto mais conteúdo de Mg leva a mais MgO, MgO é mais solto que Al2O3 e outros óxidos, e é mais fácil de absorver água e formar poros.
Atualmente, a porosidade das soldas com proteção de gás inerte fundido (MIG) é a mais alta. Isso ocorre porque a soldagem MIG depende da fusão contínua do fio de solda, e o filme de óxido no fio de solda dissolverá fortemente a água presa na gota, resultando na hidrogenação da poça de fusão. . A soldagem por feixe de elétrons e a soldagem a laser também têm mais porosidade na solda, devido à menor entrada de calor de soldagem desses dois métodos, à taxa de resfriamento mais rápida da poça de fusão e ao fato de o hidrogênio na poça de fusão não ter tempo de escapar.
(2) Medidas preventivas Tratamento pré-soldagem: combine limpeza mecânica e limpeza química para remover o filme de óxido e manchas de óleo na superfície do metal base e do fio de solda o máximo possível; use métodos de secagem para remover a umidade da superfície do metal base e do fio de solda o máximo possível; tente evitar a soldagem no ambiente.
Otimizando os parâmetros de soldagem: Os parâmetros de soldagem podem afetar as condições de escape de gás e fusão na poça de fusão. Quando as condições de escape são mais favoráveis que as condições de fusão, é possível reduzir a porosidade. A Figura 2 mostra a relação entre a tendência de porosidade da liga de alumínio-magnésio LF6 e os parâmetros de soldagem [3]. Maior corrente de soldagem e velocidade de soldagem são favoráveis à redução da porosidade.
A atmosfera protetora possui propriedades oxidativas apropriadas: Do ponto de vista da prevenção da dissolução do hidrogênio, adicionar uma pequena quantidade de CO2 ou O2 ao gás inerte usado para proteção de soldagem, como Ar e He, pode ajudar a reduzir a porosidade.
3.2 Rachaduras térmicas
(1) Causas de formação As trincas térmicas mais comuns são trincas de solidificação e trincas de liquefação. As trincas de solidificação são trincas causadas pela separação do filme líquido remanescente entre o metal de solda quando a temperatura de solidificação cai para próximo da linha solidus. A rachadura de liquefação é que a fase intercristalina funde na fase líquida quando a área próxima à fenda é superaquecida e o filme líquido se separa e racha. Por exemplo, a Fig. 3 mostra o estado de trincas de solidificação na solda correspondente a diferentes velocidades de soldagem durante a soldagem a laser da liga de magnésio ZK60 [4].
Durante o processo de soldagem, o principal elemento de liga, o magnésio, reage facilmente com oligoelementos como alumínio, cobre, níquel, etc., para formar um composto eutético de baixo ponto de fusão. Durante a solidificação, na faixa de temperatura frágil, esses eutéticos não solidificados serão distribuídos entre os grãos na forma de um filme líquido, o que reduz seriamente a força de ligação intergranular. A liga de magnésio possui um grande coeficiente de expansão térmica, que causa grande deformação térmica durante a soldagem e estará sujeita a grande tensão de contração durante a solidificação. O filme líquido intergranular é difícil de resistir a essa tensão de contração e é fácil de rachar e formar rachaduras de solidificação. Da mesma forma, a condutividade térmica e a taxa de deformação da liga de magnésio são relativamente grandes, e o ciclo de calor da soldagem derreterá rapidamente a fase intergranular perto da costura, e as propriedades mecânicas do limite de grão diminuirão, o que é fácil de quebrar sob estresse.
(2) Medidas preventivas Ajustar o teor de elementos no metal base e no arame de soldagem: limitar o conteúdo de elementos facilmente segregados e impurezas nocivas no metal base e no arame de soldagem e minimizar a macrossegregação e as segundas fases de baixo ponto de fusão que ocorrem na solda.
Otimizando os parâmetros de soldagem: selecionando uma velocidade de soldagem razoável, a Figura 4 mostra a relação entre a forma da poça de fusão e a velocidade de soldagem [3]. Ao soldar em baixa velocidade, a poça fundida é elíptica e os cristais colunares crescem até o meio da solda em um padrão de espinha de peixe, o que não é fácil de formar superfícies fracas segregadas e a tendência de rachaduras térmicas é pequena; mas ao soldar em alta velocidade, a poça fundida é em forma de lágrima, e os cristais colunares são semelhantes a Cresce verticalmente ao eixo da solda, e é fácil formar uma superfície fraca de segregação na superfície de encontro, e a tendência de trinca térmica é grande. Também é possível refinar o tamanho do grão e reduzir o tamanho da fase intergranular reduzindo apropriadamente a entrada de calor da soldagem e diminuir a tensão da solidificação e retração da solda reduzindo a taxa de resfriamento, o que pode reduzir a ocorrência de rachaduras térmicas.
Controle razoável da contenção: Ao controlar a contenção, a tensão na articulação é reduzida o máximo possível. Por exemplo, escolhendo uma sequência de soldagem apropriada. Quando a sequência de soldagem é inadequada, as últimas soldas podem estar em um estado de grande restrição, é difícil contrair livremente, a quantidade de deformação aumenta significativamente e rachaduras são propensas a ocorrer.
3.3 Deformação
(1) Causas da formação As ligas de magnésio têm alta condutividade térmica e grande coeficiente de expansão térmica, de modo que a taxa de resfriamento da costura de solda é rápida e a área próxima à costura e o metal base são facilmente deformados por tensão de contração, e a forma final e mudança de tamanho. Por exemplo, a Figura 5 mostra que uma liga de alumínio-magnésio tem deformação côncava porque a solda de ângulo do bocal está muito próxima da solda circunferencial do cilindro [5].
(2) Medidas preventivas Otimizar a estrutura de solda: organizar racionalmente a posição das soldas, garantir que cada solda tenha espaço de dissipação de calor suficiente e evitar concentração excessiva de soldas na área; selecione a forma e o tamanho apropriados das soldas [6].
Aumente a rigidez e a fixação: Ao soldar placas de liga de magnésio, use fixações especiais, hastes de suporte e outros dispositivos para fixar as placas de liga de magnésio na bancada. Após o resfriamento à temperatura ambiente após a soldagem, o método de martelamento é usado para liberar parte da tensão de soldagem e, em seguida, a fixação rígida é removida.
Pré-aquecimento antes da soldagem: O pré-aquecimento antes da soldagem aumenta a temperatura do metal base para garantir que a diferença de temperatura entre o metal de solda e o metal base circundante durante a soldagem seja reduzida, reduzindo assim o estresse interno da contração da soldagem.
Escolha uma sequência de soldagem razoável: divida o componente em várias unidades pequenas apropriadamente, solde cada unidade pequena separadamente e, em seguida, solde as unidades pequenas como um todo, para que soldas assimétricas ou soldas com grande encolhimento possam encolher mais livremente sem encolhimento. afetam toda a estrutura [7].
Controle antideformação: Estime o tamanho e a direção da deformação da soldagem e, em seguida, defina as deformações artificiais com direções opostas e tamanhos iguais durante a montagem da soldagem, para que a deformação gerada pela soldagem possa ser compensada pela antideformação predefinida.
3.4 Outros defeitos
(1) Furos Frequentemente aparecem furos na solda de juntas soldadas por fricção. Por exemplo, a Fig. 6 mostra o defeito vazio na costura de soldagem por fricção da liga de magnésio AZ31 [8]. Ao soldar ligas de magnésio, quando a entrada de calor de soldagem é insuficiente, a deformação plástica do metal depositado será insuficiente, a fluidez do material será ruim e o interior da solda não será completamente fechado, formando furos; quando a entrada de calor de soldagem é muito grande, a cabeça de agitação será causada O material de solda no lado dianteiro se expande e transborda, e o preenchimento é insuficiente, formando furos; quando uma cabeça de agitação colunar ou cônica sem rosca é usada, a deformação plástica do material na área de solda é insuficiente e os furos são facilmente formados. A ocorrência de defeitos de furo pode ser evitada controlando razoavelmente a velocidade de soldagem e a velocidade de rotação do cabeçote agitador para ajustar a entrada de calor de soldagem ou escolhendo a geometria apropriada do cabeçote agitador.
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Fig.6 Defeito de poro da junta soldada por fricção da liga de magnésio AZ31 (AS é o lado dianteiro, RS é o lado traseiro)[8]
(2) Burn-through O burn-through geralmente ocorre na costura de solda da junta de soldagem por fusão. Devido ao alto ponto de fusão do óxido de magnésio e ao baixo ponto de fusão da liga de magnésio, é difícil fundir os dois quando eles estão ligados. Quando a folha de liga de magnésio é soldada, é difícil observar o derretimento da solda. Uma vez que a entrada de calor aumenta para uma faixa irracional, a cor da poça de fusão não muda significativamente, mas o metal não fundido abaixo da poça de fusão não pode resistir ao estresse que recebe e a queima ocorre neste momento. Faça um bom trabalho de limpeza da superfície da liga de magnésio antes de soldar e solde o mais rápido possível após a limpeza para evitar a ocorrência de defeitos de queimadura. Além disso, ao otimizar os parâmetros de soldagem para limitar a profundidade de penetração, também é possível evitar queimaduras.
4 Análise de Caso Típico de Defeitos de Soldagem em Ligas de Magnésio
A liga de magnésio GW63K de 6 mm de espessura foi soldada por soldagem a laser e soldagem por feixe de elétrons, respectivamente, e a aparência macroscópica da costura de solda é mostrada na Fig. 7 e Fig. 8, respectivamente. Os dois tipos de costuras de soldagem por fusão apresentam defeitos óbvios, como respingos e rebaixos, causados pelo baixo ponto de fusão da liga de magnésio, grande coeficiente de expansão térmica e grande entrada de calor na soldagem. Métodos subseqüentes podem ser usados para reduzir a entrada de calor na soldagem. Processo otimizado.
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Fig.7 Morfologia macroscópica da costura soldada a laser da liga de magnésio GW63K
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Fig.8 Morfologia macroscópica da costura soldada por feixe de elétrons da liga de magnésio GW63K
