Nghiên cứu về quy trình hàn mới của các kim loại không giống nhau trong hợp kim nhôm 6063/màu đỏkhớp nối bằng đồng
Tóm tắt: Một quy trình hàn mới với kim loại không giống nhau cho mối nối hợp kim nhôm 6063/đồng đỏ đã được phát triển. Phương pháp này sử dụng dây lõi thuốc kẽm-nhôm làm vật liệu hàn, kết hợp các đặc điểm của hàn TIG và hàn đồng, và có ưu điểm là vận hành thuận tiện và hiệu quả cao. Độ thấm ướt, độ bền cắt và cấu trúc vi mô của mối nối đã được phân tích bằng cách so sánh với hàn đồng truyền thống trong lò. Kết quả cho thấy quy trình hàn mới có thể thực hiện hiệu quả mối hàn hợp kim nhôm 6063/đồng đỏ trên mỗi mối nối, và đạt được độ bền cắt mối nối cao hơn, lên tới 70,2 N/mm2.
Từ khóa: mối nối nhôm đồng; hàn; dây hàn lõi thuốc; kim loại hàn kẽm nhôm.
Nhôm và đồng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như truyền tải điện, trao đổi nhiệt và nhu yếu phẩm hàng ngày do có tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. So với hai loại này, tính dẫn điện và dẫn nhiệt của nhôm không tốt bằng đồng.
Giá thị trường của nhôm bằng 1/3 giá đồng, và khối lượng riêng của nhôm chỉ bằng 1/3 giá đồng.
Nếu không xét đến tính chất cơ học và tính chất nhiệt điện, chi phí vật liệu nhôm cho cùng một thành phần chỉ bằng 1/9 vật liệu đồng. Do đó, người ta sử dụng công nghệ "thay thế nhôm cho đồng" trong nhiều ngành công nghiệp để giảm chi phí sản xuất, chẳng hạn như chế tạo thiết bị vi điện tử, thiết bị năng lượng, pin xe hybrid và pin năng lượng. Có nhiều cách để kết nối nhôm với đồng, từ quy trình và Bắt đầu từ các khía cạnh khác nhau như vật liệu, có thể sử dụng hàn nóng chảy và hàn đồng. Trong số đó, hàn nóng chảy các mối nối nhôm/đồng có hiệu suất sản xuất cao và hình dạng đẹp, nhưng các mối nối giòn, độ bền thấp và dễ bị nứt; phương pháp hàn được kiểm soát chặt chẽ. Với tiền đề cải thiện thành phần hàn và quy trình hàn, có thể thu được các mối nối đồng/nhôm có hiệu suất tuyệt vời. Do đó, hàn là một công nghệ kết nối đồng-nhôm đầy hứa hẹn. Tuy nhiên, hiệu quả sản xuất thấp của các phương pháp hàn truyền thống là một trở ngại cho việc thúc đẩy nó. Một vấn đề lớn.
Thí nghiệm này áp dụng quy trình hàn mới, sử dụng dây hàn lõi thuốc làm vật liệu hàn, ngọn lửa làm nguồn nhiệt và phương pháp hàn hồ quang argon vonfram để đạt được kết nối hiệu quả giữa hợp kim nhôm 6063/mối hàn đồng đỏ.
Vật liệu và phương pháp thử nghiệm:
Vật liệu tấm thử nghiệm được sử dụng trong thử nghiệm này là hợp kim nhôm 6063 và đồng đỏ. Vật liệu hàn là Zn75Al25 và Zn92AI8, hai dây hàn lõi kẽm-nhôm và hàn lõi rắn kẽm-nhôm với các thành phần tương ứng. Các chất trợ dung đều là CsF-AlF, là chất trợ dung không ăn mòn ở nhiệt độ trung bình.
Từ phân tích kết quả thử nghiệm, khả năng thấm ướt của dây hàn lõi thuốc hàn trên hợp kim nhôm 6063 và đồng không khác nhiều so với khả năng thấm ướt của chất hàn phủ thuốc hàn. Điều này là do nhiệt độ nóng chảy thấp hơn của hợp kim kẽm-nhôm. Sau khi nóng chảy nhanh ở nhiệt độ cao, thuốc hàn hóa lỏng kịp thời và loại bỏ hiệu quả các oxit bề mặt của kim loại cơ bản, đảm bảo khả năng thấm ướt của chất hàn đối với kim loại cơ bản. So với Zn92Al8, Zn75Al25 có khả năng thấm ướt tốt hơn cho dù trên tấm hợp kim nhôm 6063 hay tấm đồng. Cả hai đều có thể lan truyền tốt trên hợp kim nhôm 6063. Tuy nhiên, khả năng thấm ướt trên đồng đỏ ở mức trung bình. Diện tích lan truyền của Zn75Al25 là khoảng 50mm, có thể chấp nhận được, trong khi của Zn92Al8 chỉ khoảng 30mm, dễ gây ra khuyết tật trong quá trình hàn. Có thể thấy rằng khi hàm lượng kẽm tăng lên, khả năng thấm ướt của chất hàn trên đồng trở nên kém hơn. Điều này là do ngoài sức căng bề mặt, các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng thấm ướt giữa chất hàn lỏng và kim loại nền quan trọng hơn là mối quan hệ giữa chất hàn và kim loại nền. Các nguyên tố nhôm và kẽm trong chất hàn sẽ tương tác với nhau. Kim loại nền đồng phản ứng để tạo thành các hợp chất liên kim. Khả năng lan tỏa của chất hàn kẽm-nhôm trên đồng liên quan đến dạng và lượng hợp chất liên kim được tạo ra. Khi hàm lượng nhôm thấp, các hợp chất liên kim đồng-kẽm sẽ được tạo ra, có điểm nóng chảy cao. Khi chúng được tạo ra, chúng sẽ phát triển thành các nhánh cây và chồi, điều này sẽ cản trở sự lan tỏa của chất hàn lỏng.
Có thể thấy từ kết quả thử nghiệm rằng khi hàn mối hàn hợp kim nhôm 6063/đồng đỏ bằng các loại hàn khác nhau, cường độ cắt của mối hàn thu được bằng quy trình hàn mới lớn hơn so với phương pháp hàn ngọn lửa truyền thống. Cường độ cắt của mối hàn thu được bằng cách sử dụng dây hàn lõi thuốc Zn75Al25 là cao nhất, là 70,20 N/mm2.
Theo phân tích quy trình, khi sử dụng quy trình hàn truyền thống để hàn lò, kim loại hàn và chất trợ dung hàn được đặt trên tấm thử trước. Sau khi kim loại hàn nóng chảy ở nhiệt độ cao, nó dựa vào khả năng thấm ướt của nó đối với kim loại cơ bản để tự động chảy vào mối hàn để hoàn thành mối nối hàn. Trong quá trình này, các yếu tố như chất lượng bề mặt của kim loại cơ bản, mức độ đặt của tấm thử và khe hở mối hàn đều sẽ ảnh hưởng đến chất lượng hàn. Do khả năng thấm ướt kém của Zn92Al8 trên đồng, cường độ cắt của mối nối chỉ là 26,96 N/mm và dễ xảy ra các khuyết tật như mối nối không hợp nhất một phần. Quy trình hàn mới sử dụng phương pháp điền dây thủ công, dễ vận hành và tương tự như thao tác hàn hồ quang argon trong phương pháp hàn nóng chảy. Do đó, nó có thể tránh hiệu quả các tác động của khe hở mối hàn và các tác động khác, đồng thời tạo thành mối hàn đầy đặn và đẹp mắt. Vì dây hàn và thuốc hàn được thực hiện đồng thời, tỷ lệ hàn và thuốc hàn được cố định một cách khoa học, điều này cũng làm giảm các khuyết tật hàn do thao tác không đúng cách gây ra. Do đó, về phương pháp xử lý, quy trình hàn mới có tính linh hoạt, ổn định và độ tin cậy tốt hơn so với hàn lò truyền thống.
Từ phân tích vật liệu hàn, cường độ cắt của mối hàn sử dụng hàn Zn75Al25 cao hơn hàn Zn92Al8. Một mặt, điều này là do hiệu suất làm ướt của Zn75A125 trên hợp kim nhôm 6063 và đồng tốt hơn so với Zn92Al8. Trong quá trình hàn, hàn dễ chảy và ướt hơn trong mối hàn; mặt khác, cường độ cắt của mối hàn là biểu hiện vĩ mô của cấu trúc vi mô của mối hàn, và cần phải quan sát và phân tích thêm cấu trúc vi mô của mối hàn.
Phần kết luận:
Đối với vật liệu hàn có cùng thành phần, mối hàn hợp kim nhôm/đồng 6063 thu được bằng quy trình hàn mới có cấu trúc mịn hơn và đặc hơn, cường độ cắt cao hơn so với mối hàn trong lò hàn truyền thống; Vật liệu hàn Zn78A122 trên đồng và nhôm Khả năng thấm ướt và cường độ cắt của mối hàn cao hơn so với mối hàn Zn92AI8.
Cấu trúc của mối nối hợp kim nhôm/đồng 6063 sử dụng quy trình hàn Zn75Al25 mới trên mặt nhôm của mối hàn là mạng phân bố màu trắng của kết tủa được bọc bằng eutectic màu đen (ax + zm); cấu trúc trên mặt đồng là hợp chất giao diện dung dịch rắn nhôm đồng-kẽm, cấu trúc z khối màu trắng và cấu trúc dạng cây, phần còn lại là một số lượng lớn eutectic màu đen (ax1+ zm).
Quy trình hàn mới có thể thực hiện hiệu quả việc hàn các mối nối hợp kim nhôm 6063/đồng đỏ, dễ vận hành, hiệu suất hàn cao và cường độ cắt mối nối cao, lên tới 70,2 N/mm2.
