工業大風扇的材料,主要是指扇葉的材料,要作為扇葉的材料,首先需要滿足其強度和韌度,保證在長期運轉中不會斷裂,其次還要考慮其焊接性能,因為作為工業大風扇的扇葉,一般都是空心折彎工藝,在邊緣需要進行焊接。
6061鋁合金為鋁鎂硅系列鋁合金,屬熱處理可強化合金,具有良好的成形性、焊接性、加工性,目前已經廣泛應用于要求有一定強度和抗蝕性高的各種工業結構件。但是6061鋁合金在焊接過程中易產生氣孔、未熔合、裂紋等焊接缺陷,這些缺陷對工業風扇的扇葉有什么影響,能否克服這些缺陷,讓6061鋁合金替代5052鋁合金作為工業風扇扇葉新的材料?今天我們就根據安伯瑪工業風扇技術部的研究數據對6061鋁合金的焊接中出現的氣孔、未熔合、裂紋進行分析,并討論如何預防焊接中出現的這些問題。
1、氣孔
鋁和氧的親和力很大,在空氣中鋁容易同氧結合生成致密的膜,而膜的熔點高達2050℃,遠遠超過鋁及鋁合金的熔點,而且膜容易吸附水分。在高溫下,氧化膜吸附的水分分解形成大量氫氣,在焊后的冷卻凝固過程中來不及吸出而聚集在焊縫中形成氣孔。在焊接過程中會形成氣孔缺陷,從而破壞金屬的均勻性,降低了接頭的力學性能,可能導致扇葉運轉過程中出現斷裂,這對工業風扇扇葉來說是一個極大的安全缺陷。
根據安伯瑪技術部門分析,可采用以下工藝來減少氣孔缺陷。
(1)氬弧焊時,必須采用高純度的氬氣。氬氣管路系統要保持干燥,不得有泄漏現象,以免混入潮濕空氣。減少氫氣的來源,對焊絲、焊件坡口及坡口根部兩側進行仔細的清洗,并加以烘干。焊絲表面應呈潔白光亮色,不得有局部腐蝕斑點。
(2)制定合理的焊接工藝。熔化極自動、半自動氬弧焊時,一般采用粗直徑的焊絲,這有利于減少氣孔的數量,因小直徑焊絲的比表面積(單位長度上的焊絲表面積)大,單位時間內熔融并進入熔池的焊絲數量多。因此,熔池中勢必帶入相當數量的氧化膜和氫氣(同粗焊絲相比)。在焊接工藝上盡量采用高的輸入熱量(取決于焊接電流、電弧電壓及焊接速度),延長熔池在高溫液態下的時間,為氫氣泡的浮出提供條件。
2、未熔合
鋁合金的導熱系數約比鋼大一倍。在焊接過程中大量的熱能被迅速傳到基體金屬內部,因此焊接鋁及鋁合金時比鋼要消耗更多的熱量。因而焊接過程中工藝參數選擇不合理,使得焊接熱輸入不足,易產生未熔合、未焊透等缺陷。但是這一問題很容易得到就覺,我們可以在焊接過程中通過調整焊接電流及電壓、控制熱輸入或焊前預熱等工藝,可有效避免未熔合缺陷。
3、裂紋
鋁凝固時的體積膨脹率達6.5%-6.6%,所以在某些鋁合金焊接時,往往由于過大的收縮內應力而導致裂縫。一方面由于鋁合金液態熔池冷卻、凝固結晶到完全形成固態是在某一溫度范圍內進行的,在這溫度范圍內由于存在著固液態金屬,強度和塑性很低,在這個溫度區間易產生裂紋缺陷。另一方面,由于鋁合金的線膨脹系數大,在焊縫金屬冷卻收縮過程中產生很大的拉伸變形。當熔池金屬經過脆性溫度區間的時刻與產生最大拉伸變形的時刻一致時,易引起裂縫。
為了避免工業風扇扇葉裂紋,安伯瑪技術部根據分析采取以下措施來預防裂縫缺陷。
(1)在焊接扇葉時,為了避免焊縫金屬由于加熱冷卻產生很大的剛性,在焊接工藝上可采取分段焊、預熱或適當降低焊接速度等措施。避免焊接過程中產生較大的焊接應力,來避免焊接裂紋的產生。盡量避免十字形接頭及采用不適當的點固、焊接順序產生較大的內應力。
(2)采用加熱集中的焊接方法(如熔化極自動氬弧焊)及選擇大電流、高焊速的規范。熔化極脈沖氬弧焊與一般的熔化極氬弧焊法相比具有較優的抗裂性。
(3)焊接過程中選擇焊絲時控制基體金屬及焊絲的成分。純鋁、鋁錳合金及焊絲中的鐵、硅含量之比應大于l,以減少焊縫中低熔點硅共晶的數量,提高接頭的抗裂性。通過填充焊絲向焊縫金屬加入少量細化晶粒的變質劑,焊縫金屬可變成細小的等軸晶組織。焊接結束或中斷時,應及時填滿弧坑,然后再移去熱源,否則容易形成弧坑裂縫。
通過
安伯瑪通風技術人員的一系列分析可以知道,6061鋁合金的性能完全能夠替代5052鋁合金作為工業風扇扇葉的材料,但是在生產時需要對焊接人員進行技能培訓,避免在在焊接中產生氣孔、未熔合、裂紋,保證扇葉的質量。