Struktura i właściwości połączeń spawanych z wysoko wytrzymałych stopów aluminium

• Autorzy: Adamiec J. , Pfeifer T. , Gawrysiuk W.

Warianty tytułu

EN

Structure and properties of high-strength aluminum alloys welds

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Stopy aluminium obejmują liczną grupę materiałów konstrukcyjnych, które dzieli się na stopy do przeróbki plastycznej i stopy odlewnicze. Stopy do przeróbki plastycznej zawierają zwykle do 5% pierwiastków stopowych, najczęściej Cu, Mg, Mn oraz Si, Zn, Ni, Cr Ti lub Li. Charakteryzują się one przede wszystkim dobrą odpornością na korozję, wysoką przewodnością cieplną i elektryczną oraz dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi i plastycznymi. Właściwości te decydują o ich bardzo szerokim zastosowaniu we wszystkich gałęziach przemysłu, m.in. w przemyśle: stoczniowym, lotniczym, samochodowym, spożywczym i w budownictwie. W procesie wykonywania odpowiedzialnych konstrukcji z wysoko wytrzymałych stopów aluminium bardzo często zachodzi konieczność łączenia poszczególnych elementów konstrukcji. Skład chemiczny i strukturalny wysoko wytrzymałych stopów aluminium, utwardzanych wydzieleniowo, sprawia wiele trudności przy ich spawaniu głównie ze względu na znaczny spadek własności wytrzymałościowych w strefie wpływu ciepła, a także niebezpieczeństwo powstawania pęknięć gorących w spoinach. W pracy przedstawiono przebieg i wyniki badań dotyczące opracowania warunków materiałowo-technologicznych zrobotyzowa-nego spawania metodą MIG prądem pulsującym następujących gatunków stopów aluminium: EN AW 6101A (AlMgSi) oraz EN AW 7039 (AlZn4Mg3) wg PN-EN 573-3 (tab. 1, 2, rys. 5). Zakres badań obejmował badania mechaniczne złączy, w ramach których wykonano próbę rozciągania (tab. 4, rys. 6), pomiary twardości (tab. 5, rys. 7) oraz próby gięcia. Badania zostały uzupełnione badaniami metalograficznymi makro- i mikrostruktury (rys. 8÷10) oraz mikro-analizą składu chemicznego wydzieleń w spoinach (rys. 11,12). Przeprowadzone badania połączeń spawanych ze stopów AlMgSi i AlZn4Mg3, a w szczególności badania własności mechanicznych oraz badania metalograficzne nie wykazały występowania pęknięć zarówno w strefie wpływu ciepła jak i spoinie. Opracowana technologia zroboty-zowanego spawania wysoko wytrzymałych stopów aluminium pozwala na ograniczenie, a nawet wyeliminowanie przyczyn powstawania pęknięć gorących, najczęściej obecnych w tego typu stopach aluminium. Zastosowanie prądu pulsującego zapewnia znaczne ograniczenie ilości wprowadzonego ciepła, natomiast większy kąt ukosowania umożliwił zmniejszenie poziomu naprężeń poprzecznych w złączach, a zastosowanie odpowiedniego spoiwa zdecydowanie obniżyło udział wydzieleń fazy Mg Si, którą uważa się nie tylko za czynnik powodujący umocnienie stopu, lecz również za jedną z przyczyn pękania gorącego spoin. Prawidłowy dobór materiału dodatkowego do spawania oraz warunków obróbki cieplnej po spawaniu pozwala na uzyskanie dużej wytrzymałości złączy spawanych z wysoko wytrzymałych stopów aluminium. Zastosowanie stanowiska zrobotyzowanego pozwala na wykonywanie spoin w najwyższej klasie jakości przy zachowaniu wysokich wskaźników wydajności a tym samym wskaźników ekonomicznych.

EN

Aluminium alloys comprise a large group of construction materials which can be divided into alloys intended for plastic working and casting alloys. Alloys intended for plastic working usually contain up to 5% of alloying elements, most often Cu, Mg, Mn and Si, Zn, Ni, Cr, Ti or Li. They show first and foremost good resistance to corrosion, high electric and thermal conductivity as well as good strength and plastic properties. These properties determine their wide application in all branches industry, among others, in shipbuilding, aircraft, automotive, food and building industries. In the process of making responsible structures from high-strength aluminium alloys, it is very often necessary to join individual elements of the structure. The chemical and structural constitution of high-strength precipitation-strengthened aluminium alloys causes many difficulties in their welding, mainly due to a significant decrease of strength properties in the heat affected zone, as well as a danger of formation of hot cracks in welds. This paper presents the course and results of tests aiming at the +development of material and technological conditions of robotized MIG welding with pulsating current of the following aluminium alloys: EN AW 6101A (AlMgSi) and EN AW 7039 (AlZn4Mg3) according to PN-EN 573-3 (Table 1, 2, Fig. 5). The scope of the research carried out included mechanical tests of joints, part of which was a tensile test (Table 4, Fig. 6), as well as hardness measurement (Table 5, Fig. 7) and bending tests. The research was supplemented with metallographic investigation of the macro- and microstructure (Fig. 8÷10) and a microanalysis of the chemical composition of precipitates in the welds (Fig. 11, 12). The conducted tests of the welded joints of AlMgSi and AlZn4Mg3 alloys, in particular, the tests of mechanical properties and metallographic tests, did not show the presence of cracks neither in the heat affected zone, nor in the weld itself. The developed technology of robotized welding of high-strength aluminium alloys allows limiting, or even eliminating, the reasons of formation of hot cracks which are most often present in aluminium alloys of this type. The application of pulsating current ensures high limitation of the amount of the introduced heat, whereas a larger angle of bevel allowed reducing the level of crosswise stresses in the joints. At the same time, the application of an appropriate binder significantly reduced the Mg2Si phase precipitation, which is thought to be not only a factor reinforcing the alloy, but also one of the reasons of welds' hot cracking. An appropriate selection of additional material for welding and thermal treatment conditions after welding allows obtaining high strength of welded joints of high-strength aluminium alloys. Employing a robotized stand enables making top-quality welds, keeping high efficiency indices and, at the same time, economic ratios.

Słowa kluczowe

PL

stopy aluminium; właściwości stopów; metoda MIG; badania połączeń spawanych

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 29, nr 2
• Strony: 94--102
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Adamiec J.

autor

Pfeifer T.

autor

Gawrysiuk W.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Matalurgii, Politechnika Śląska,

Bibliografia

• [1] Czech J., Winiowski A.: Studium i badania w zakresie asortymentu i technologii spawania metali nieżelaznych, praca badawcza Instytutu Spawalnictwa nr Aa-34, Gliwice 1994.
• [2] Anderson T.: Troubleshooting in aluminium welding, Svetsaren nr 2/2000.
• [3] Armao F. G.: Common mistakes made in the design of aluminum weldments, www.lincolnelectric.com/knowledge/articles/content/comistakes.asp.
• [4] Haas B.: Spawanie aluminium w osłonie gazów ochronnych, BiuletynInstytutu Spawalnictwa nr 5/1997.
• [5] Anderson T.: Aluminium welding within the automotive industry, Svetsaren nr 2-3/2001.
• [6] Michna S. i in.: Encyklopedie Hliniku, Adin, s.r.o. Presom 2005.
• [7] Pilarczyk J.: Poradnik inżyniera – spawalnictwo, tom 1, Wyd. Naukowo--Techniczne, Warszawa 2003.
• [8] Dobrzański L. A.: Zasady doboru materiałów inżynierskich Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2001.
• [9] Senderski J., Dutkiewicz J.: Wysokowytrzymałe stopy aluminium, stan prac w Polsce, kierunki rozwoju w kraju i na świecie z uwzględnieniem możliwości ich łączenia za pomocą technik spawalniczych, materiały seminarium pt.: „Nowoczesne materiały spawalne dla przemysłu energetycznego, lotniczego i chemicznego”, Instytut Spawalnictwa 2003 r.
• [10] Iszczenko A. J.: Wysokowytrzymałe stopy aluminium na konstrukcje spawane dla lotnictwa, materiały seminarium pt.: „Nowoczesne materiały spawalne dla przemysłu energetycznego, lotniczego i chemicznego”, Instytut Spawalnictwa 2003 r.
• [11] Bugłacki H., Neser G.: Właściwości złączy spawanych stopów aluminium stosowanych w budownictwie okrętowym, Biuletyn Instytutu Spawalnictwa nr 5/2001.