ทักษะการเชื่อมเหล็ก อลูมิเนียม และโลหะผสม

(1) ความสามารถในการเชื่อมของเหล็กและอะลูมิเนียมและโลหะผสมของเหล็ก

เหล็ก แมงกานีส โครเมียม นิกเกิล และองค์ประกอบอื่นๆ ในเหล็กสามารถผสมกับอลูมิเนียมในสถานะของเหลวเพื่อสร้างสารละลายของแข็งที่มีจำกัด และยังก่อตัวเป็นสารประกอบระหว่างโลหะด้วย คาร์บอนในเหล็กกล้ายังสามารถก่อตัวเป็นสารประกอบกับอลูมิเนียมได้ แต่เกือบจะเข้ากันไม่ได้ในสถานะของแข็ง ละลาย. ระหว่างอะลูมิเนียมและเหล็กที่มีส่วนประกอบต่างกัน สารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกที่เปราะหลายชนิดสามารถเกิดขึ้นได้ โดยในจำนวนนี้ FeAls จะเป็นสารประกอบที่เปราะที่สุด

มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติทางกลของรอยเชื่อมของเหล็กและอะลูมิเนียม รวมถึงความแข็งระดับไมโคร นอกจากนี้ เนื่องจากคุณสมบัติทางอุณหฟิสิกส์ของเหล็ก อลูมิเนียม และโลหะผสมแตกต่างกันมาก ความสามารถในการเชื่อมของเหล็กและอลูมิเนียมจึงลดลง

(2) กระบวนการเชื่อมเหล็กและอลูมิเนียมและโลหะผสม

จากการวิเคราะห์ความสามารถในการเชื่อมเหล็ก-อลูมิเนียมที่กล่าวมาข้างต้น แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะลดการลดลงของเหล็กและอลูมิเนียมและโลหะผสมโดยการเชื่อมฟิวชั่นโดยตรง

แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะใช้โลหะหรือโลหะผสมที่มีคุณสมบัติทางกายภาพทางความร้อนอยู่ระหว่างเหล็กและอลูมิเนียม และสามารถเข้ากันได้ทางโลหะวิทยากับทั้งสองชนิดเพื่อเป็นโลหะเติมสำหรับการเชื่อมโดยตรง

ในทางปฏิบัติการผลิตมีสองวิธี: การเชื่อมฟิวชั่นทางอ้อมของชั้นเคลือบและการเชื่อมฟิวชั่นทางอ้อมของชิ้นส่วนทรานซิชันกลาง

1) วิธีการเชื่อมชั้นเคลือบทางอ้อม ก่อนที่จะเชื่อมเหล็กและอลูมิเนียม โลหะหนึ่งหรือหลายชั้นที่สามารถหลอมโลหะด้วยโลหะตัวเติมที่เหมาะสมจะถูกเคลือบไว้ล่วงหน้าบนพื้นผิวของเหล็กเพื่อสร้างชั้นเคลือบล่วงหน้า จากนั้น ใช้วิธีเชื่อมอาร์กทังสเตนแก๊ส วิธีเชื่อมเหล็กเคลือบกับอลูมิเนียม

พิสูจน์โดยการฝึกฝนและการทดสอบ:

ชั้นเคลือบชั้นเดียวสามารถป้องกันการเกิดออกซิเดชันของโลหะฐานได้เท่านั้น แต่ไม่สามารถป้องกันการเกิดสารประกอบระหว่างโลหะได้ และความแข็งแรงของข้อต่อยังคงต่ำมาก ดังนั้นการเชื่อมอาร์กอนอาร์กของเหล็กและอลูมิเนียมจึงควรทำด้วยการเคลือบคอมโพสิต

มีวัสดุโลหะหลายชนิดสำหรับการเคลือบ เช่น Ni, Cu, Ag, Sn, Zn และอื่นๆ วัสดุโลหะเคลือบแตกต่างกัน และผลลัพธ์หลังการเชื่อมก็แตกต่างกันเช่นกัน รอยแตกเกิดขึ้นได้ง่ายบนวัสดุเคลือบ Ni, Cu, Ag; การเคลือบคอมโพสิต Ni, Cu, Sn ดีกว่า การเคลือบคอมโพสิต Ni, Zn ให้ผลดีที่สุด

การเชื่อมอาร์กอนอาร์กของเหล็กกล้าคาร์บอนเคลือบคอมโพสิตและอลูมิเนียมและโลหะผสมนั้นจะต้องเคลือบชั้นของโลหะ เช่น ทองแดงหรือเงินที่ด้านเหล็กก่อน จากนั้นจึงเคลือบชั้นสังกะสี เมื่อทำการเชื่อม สังกะสีจะละลายก่อน (เพราะจุดหลอมเหลวของลวดเชื่อมสูงกว่าสังกะสี) และลอยอยู่บนผิวของเหลว

อลูมิเนียมทำปฏิกิริยากับการชุบทองแดงหรือเงินใต้ชั้นสังกะสี และในเวลาเดียวกัน ทองแดงและหรือเงินจะละลายในอลูมิเนียม ซึ่งสามารถสร้างรอยเชื่อมได้ดีกว่า สามารถเพิ่มความแข็งแรงของรอยเชื่อมเหล็ก-อลูมิเนียมเป็น 197~213MPa

หลังจากเคลือบชิ้นส่วนเหล็กแล้ว ก็สามารถรักษาพื้นผิวของเหล็กและอลูมิเนียมได้ การรักษาพื้นผิวของชิ้นส่วนอลูมิเนียมถูกกัดเซาะด้วยสารละลาย NaOH หรือ KOH 15%~20% เพื่อขจัดฟิล์มออกไซด์ออก แล้วล้างด้วยน้ำสะอาด จากนั้นจึงผ่านกระบวนการใน 20% HNO3 แล้วล้าง และพร้อมที่จะแห้ง ทำการเชื่อมอาร์กอนอาร์ก

วัสดุการเชื่อม – เลือกลวดเชื่อมอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ที่มีปริมาณซิลิกอนน้อย เพื่อให้ได้ข้อต่อคุณภาพสูง ไม่เหมาะที่จะใช้ลวดเชื่อมที่มีแมกนีเซียม (LFS) เนื่องจากจะส่งเสริมการเจริญเติบโตของสารประกอบระหว่างโลหะอย่างมาก และไม่สามารถรับประกันความแข็งแรงของรอยเชื่อมได้

วิธีการเชื่อม – ตำแหน่งสัมพัทธ์ของชิ้นงาน ลวดเชื่อม และอิเล็กโทรดทังสเตนระหว่างการเชื่อม

เพื่อป้องกันการเผาไหม้ก่อนเวลาอันควรของการเคลือบพื้นผิวเหล็ก เมื่อทำการเชื่อมการเชื่อมครั้งแรก ควรเก็บส่วนเชื่อมไว้บนโลหะตัวเติมเสมอ สำหรับการเชื่อมครั้งต่อไป ควรเก็บส่วนโค้งไว้บนลวดตัวเติมและรอยเชื่อมที่เกิดขึ้น เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ส่วนโค้งกระทบกับสารเคลือบโดยตรง

นอกจากนี้ส่วนโค้งเคลื่อนที่ไปตามพื้นผิวด้านอลูมิเนียมและลวดเชื่อมอลูมิเนียมเคลื่อนที่ไปตามด้านเหล็กเพื่อให้อลูมิเนียมเหลวไหลไปที่พื้นผิวร่องของเหล็กเคลือบคอมโพสิตและการเคลือบไม่สามารถเผาก่อนกำหนดและสูญเสียได้ ผลกระทบของมัน

ข้อกำหนดการเชื่อม – การเชื่อมอาร์กอนอาร์กของเหล็กและอลูมิเนียมใช้พลังงานไฟฟ้ากระแสสลับ วิธีหนึ่งคือการชนฟิล์มออกไซด์แล้วแตกออก และยังสามารถเอาฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวของสระหลอมเหลวออกเพื่อให้โลหะเชื่อมหลอมละลายสามารถ หลอมรวมอย่างดี

กระแสเชื่อมจะถูกเลือกตามความหนาของการเชื่อม โดยทั่วไป เมื่อความหนาของแผ่นคือ 3 มม. กระแสเชื่อมคือ 110-130A; เมื่อความหนาของแผ่น 6-8 มม. กระแสเชื่อมคือ 130-160A;

2) วิธีการเชื่อมฟิวชันทางอ้อมสำหรับชิ้นส่วนทรานซิชันระดับกลาง วิธีการเชื่อมนี้คือการใส่แผงคอมโพสิตเหล็ก-อลูมิเนียมสำเร็จรูปไว้ตรงกลางของข้อต่อเหล็ก-อลูมิเนียมเพื่อสร้างข้อต่อของตัวเอง นั่นคือ ข้อต่อเหล็ก-เหล็ก และอลูมิเนียม-อลูมิเนียม จากนั้นใช้วิธีการเชื่อมฟิวชันแบบเดิมเพื่อเชื่อมโลหะชนิดเดียวกันที่ปลายทั้งสองข้างตามลำดับ

เมื่อทำการเชื่อม ควรคำนึงถึงการเชื่อมข้อต่ออลูมิเนียมที่มีการหดตัวมากและแตกร้าวจากความร้อนได้ง่ายก่อน จากนั้นจึงเชื่อมข้อต่อเหล็ก