( 1． Collège de science et d'ingénierie des matériaux, Université technique de Liaoning, Fuxin 123000, Chine ; 2． Institut de science et de technologie du Liaoning, Benxi 117300, Chine ; 3． Collège d'ingénierie , Université Yantai Nanshan , Longkou 265713 , Chine)
Mots clés : alliage d'aluminium ; A-TIG ; oxyde; halogénure
1 mot principal
L'alliage d'aluminium est devenu le matériau métallique non ferreux le plus largement utilisé en raison de ses grandes réserves, de sa faible densité, de son excellente conductivité et conductivité thermique, et a été largement utilisé dans la construction navale, la construction, l'énergie électronique, l'aérospatiale et d'autres domaines [1, 2] . À l'heure actuelle, les méthodes de soudage des alliages d'aluminium couramment utilisées comprennent le soudage au gaz oxyacétylène, le soudage à l'arc avec électrode, le soudage au gaz inerte au tungstène, etc., mais en raison de la pénétration peu profonde du soudage, de la mauvaise qualité de la soudure, de la faible efficacité de production et d'autres raisons, la promotion et l'application de l'alliage d'aluminium est sérieusement entravée [3, 4]. Afin de résoudre les problèmes rencontrés dans la technologie de soudage des alliages d'aluminium, une nouvelle technologie de soudage - la technologie de soudage A-TIG (active flux tungsten insert gas) a vu le jour [5, 6]. Le soudage A-TIG fait référence à une technologie de soudage dans laquelle une couche de flux actif est appliquée sur la surface de la soudure avant le soudage. Pendant le soudage, le flux actif provoque un rétrécissement de l'arc de soudage ou une modification de l'état d'écoulement du métal dans le bain en fusion, de manière à augmenter considérablement la pénétration du soudage [7]. Les oxydes sont omniprésents sur terre et dans l'univers et sont largement utilisés dans le traitement thermique des métaux [8, 9]. L'oxyde peut augmenter considérablement la pénétration et la largeur de la soudure, en particulier le dioxyde de silicium [10]. Les halogénures sont des composés dans lesquels les cations d'éléments métalliques interagissent avec des anions d'éléments halogènes (F, Cl, Br, I, at) [11]. Il existe environ 120 types de minéraux halogénures, principalement des fluorures et des chlorures, tandis que les bromures et les iodures sont très rares. Les fluorures et les chlorures sont les plus utilisés en A-TIG et ont un grand impact sur l'arc [12].
Développement de la technologie de soudage 2a-tig
Au milieu des années 1960, l'Institut ukrainien de soudage au bâton a découvert que l'existence d'halogénures pouvait produire une contraction de l'arc et augmenter la pénétration du soudage, ce qui était utilisé dans la technologie de soudage des alliages de titane [13]. Dans les années 1970, des flux actifs à base d’oxydes et de fluorures ont été développés et principalement utilisés dans le soudage des aciers inoxydables. Dans les années 1990, l’ex-Union soviétique avait appliqué des flux actifs au soudage des aciers à faible teneur en carbone et des aciers faiblement alliés, ainsi que dans l’aérospatiale, les appareils sous pression et les installations nucléaires.
À propos de l'auteur : Ma Zhuang (1963-), Ph.D., professeur. Principalement engagé dans la recherche sur le renforcement et la trempe des matériaux modificateurs de surface
Numéro 11 Ma Zhuang et al : Progrès de la recherche sur l'activateur d'oxyde/halogénure pour le soudage à l'arc sous argon des alliages d'aluminium trois mille deux cent trente-trois
Et d’autres aspects ont fait de grands progrès et sont entrés dans la phase pratique [14]. À la fin du 20e siècle, des institutions de soudage bien connues telles que les États-Unis, la Grande-Bretagne et le Japon ont également commencé à étudier systématiquement le développement et l'application de flux actif pour le soudage à l'arc sous argon, et ont exploré le mécanisme par lequel le flux tensioactif augmente la pénétration du soudage. Ces dernières années, de grands progrès ont été réalisés dans la recherche et l'application de flux actifs pour les alliages à base de nickel, les alliages d'aluminium et les alliages de magnésium. Liu et coll. [15] ont utilisé le soudage A-TIG pour souder l'alliage de magnésium déformé AZ31B. Il a été constaté que l'ajout d'oxydes cr2o5, TiO2 et de chlorures CdCl2 et ZnCl2 peut augmenter la pénétration des joints soudés en alliage de magnésium, parmi lesquels l'effet du chlorure pour augmenter la pénétration est plus évident. La zone à gros grains dans la zone affectée par la chaleur est la zone la plus fine et la plus faible du joint soudé. Le soudage A-TIG peut améliorer la qualité du joint en réduisant la largeur et la granulométrie de la zone à gros grains dans la zone affectée thermiquement.
La technologie de soudage A-TIG a fait son apparition tardivement en Chine. L'Université de technologie de Lanzhou a été la première à développer un flux actif pour l'acier à faible teneur en carbone et l'acier inoxydable.
The depth is increased by 2 ~ 3 times [16, 17]. Luoyang Institute of shipbuilding materials, Dalian University of technology, Shandong University, Harbin Institute of technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Tianjin University, etc. not only have they carried out detailed studies on the welding parameters and coating amount of active flux for stainless steel, carbon steel, titanium alloy and magnesium alloy, but also on the numerical simulation of the influence of oxygen content on the flow mode of molten pool [18], the influence of laser welding active flux on plasma [19] The corrosion resistance of stainless steel A-TIG welded joints [20] and the influence of surface active elements on the flow field in the molten pool [21] were analyzed in detail.
Activateur de type 3 oxydes
L'élément oxygène dans l'activateur d'oxyde affecte le mode d'écoulement du liquide dans le bain fondu, ce qui est la principale raison de l'augmentation du rapport de pénétration et de largeur de profondeur [22]. À l'heure actuelle, les oxydes utilisés dans l'activateur de soudage A-TIG pour alliages d'aluminium comprennent SiO2, TiO2, V2 O5, Al2O3, MnO2, cr2o5, etc.
Zhang Yong et coll. [23] ont étudié l'effet des activateurs SiO et TiO sur les propriétés des joints soudés A-TIG en alliage d'aluminium LD10 et ont découvert que deux types d'activateurs étaient utilisés.
deux
La surface de soudure du soudage par flux est inégale et la soudure présente localement une contre-dépouille ; La soudure avec activateur SiO2 a une pénétration de 4,36 mm et une largeur de fusion de 7,26 mm ; Par rapport aux soudures conventionnelles, la structure granulaire de la soudure est grossière et la dureté de la zone affectée par la chaleur de la soudure et du soudage est faible ; La profondeur de pénétration et la largeur de la soudure avec activateur TiO2 sont de 1,58 mm et 6,29 mm. Par rapport aux pièces conventionnelles, la structure granulaire de la soudure est fine et la dureté de la soudure est faible, mais la dureté de la zone affectée thermiquement de la soudure est supérieure à celle des pièces conventionnelles. Zhang Yong pense que la contraction de l'arc n'est pas la contraction globale de l'arc, mais seulement la contraction du plasma, ce qui est cohérent avec le point de vue de Yang Chunli et al sur la contraction du plasma. [dix]
Même. Mao Lizhen et coll. [24] ont étudié l'effet de l'activateur SiO sur la soudure de l'alliage d'aluminium 6061 en utilisant le soudage fb-tig et ont découvert que SiO ne traversait pas.
deux
La modification du gradient de température de la tension superficielle du bain de soudure peut augmenter la pénétration de la soudure, mais en affectant le comportement de l'arc de soudage. Ils pensent que le principal mécanisme par lequel SiO2 augmente la pénétration du AC A-TIG dans l’alliage d’aluminium est la contraction de la zone de polarité de l’arc. Huang Yong et coll. [25] ont étudié l'effet de l'activateur sur la pénétration du soudage TIG lors d'une connexion inverse DC. Lorsque les activateurs TiO2 et V2O5 sont utilisés, la tension de l'arc est inférieure à celle sans activateur (22 V), ce qui peut être dû au faible travail d'échappement électronique de l'oxyde lorsqu'il y a de l'oxyde à la cathode, ce qui permet de former facilement des taches cathodiques. l'oxyde. Lorsqu'un alliage d'aluminium est utilisé comme cathode, la cathode est une cathode froide et l'émission d'électrons dépend principalement du fort champ électrique dans la zone de chute de tension de la cathode. Par conséquent, lorsqu’il y a de l’oxyde dans la cathode, la tension requise pour l’émission électronique diminue et la chute de tension de la cathode diminue.
Lorsque l'activateur SiO2 est utilisé, la tension de l'arc augmente, ce qui peut être dû au point de fusion élevé et à la résistivité élevée du SiO2, ce qui entraîne une augmentation de la résistance du canal conducteur. Zheng Qin et coll.
vingt-six
L'effet de l'activateur SiO2 sur les propriétés des joints soudés TIG en alliage d'aluminium a été étudié. Il a été constaté que la résistance aux chocs des soudures revêtues de SiO2 était de 22,7 J/cm,
deux
Supérieur à celui d'une soudure à flux non actif. En raison de l'existence d'un agent actif, l'arc de soudage rétrécira évidemment, ce qui réduira la zone conductrice et augmentera la densité de courant, puis augmentera la force de Lorentz dans l'arc et le bain fondu, entraînant une augmentation de la pénétration de la soudure. Dans le même temps, l'ajout d'un activateur SiO2 affine le grain de soudure et améliore les propriétés mécaniques du joint soudé.
Activateur à 4 halogénures
L'activateur de type halogénure est le premier activateur utilisé en A-TIG. L'influence de l'agent actif sur la morphologie de l'arc se situe principalement dans les deux aspects suivants : la température de dissociation de la vapeur d'agent actif ; L'affinité entre les particules d'agent actif évaporées et les électrons. La contraction des points d'arc et de cathode augmente avec l'amélioration de l'affinité entre les ions et les électrons évaporés de l'agent actif et l'augmentation de la température de dissociation. L'affinité électronique des halogénures est supérieure à celle des oxydes métalliques.
Zhou Zejie et coll. [27] ont étudié l'effet d'un activateur monocomposant sur la pénétration du soudage de l'alliage d'aluminium 3003. Les résultats ont montré que l'halogénure CAF et MnCl étaient recouverts
La pénétration de la soudure et de l'activateur monocomposant NaCl est respectivement de 2,0216 cm, 1,9427 cm et 1,9597 cm, soit 0,2 ~ 0,3 mm de plus que celle de la soudure sans activateur, et la largeur de pénétration de la soudure change peu ; Il y a de grands renforts de soudure et des pores sur la surface de la soudure recouverte de CaF2, qui sont principalement répartis près du
Près de la zone de fusion des soudures. Shen et coll. [12] ont constaté qu'avec l'augmentation de l'ajout de CAF, la morphologie de la surface de la soudure se détériorait, mais le rapport profondeur-largeur de la soudure augmentait et la résistance à la traction augmentait.
Le degré et l'allongement ont d'abord augmenté, puis ont diminué. Huang Yong et coll. [28] ont utilisé les halogénures CaF2 et NaF comme activateur de l'alliage d'aluminium, en utilisant une connexion inverse CC
trois mille deux cent trente-quatre Revue complète Silicate Bulletin Volume 34
Lors du soudage TIG, il a été constaté que CaF2 et NaF ne provoquaient pas de changement de tension d’arc, ce qui prouvait que l’augmentation de l’apport thermique ne pouvait pas provoquer une augmentation de la pénétration. Une lumière d'arc rouge clair est apparue autour de l'arc pendant le soudage, indiquant que lorsque les halogénures affectent l'arc de soudage, mais que la tension de l'arc n'a pas augmenté, ils ont donc reconnu que
Le retrait de l’arc n’est pas la cause de l’augmentation de la pénétration de la soudure. Yang Keng et coll. [29] ont utilisé les activateurs CAF et BaCl pour réaliser le soudage A-TIG sur alliage d'aluminium
When the current is 140 A, the weld penetration is 0.2 mm and 0.44 mm respectively, which is lower than that when there is no active agent. However, with the increase of welding current from 150 a to 160 a, the penetration increase ratio of BaCl2 activator is 2.07 and 2.04 respectively, while CaF2 penetration increase ratio does not change significantly, which is 1.15 and 1.02. They also believe that arc shrinkage is not the main reason for increasing penetration. He Lijun et al. [30] studied single component active agents NaF, MGF, CAF
L'effet d'AlF3 sur l'alliage d'aluminium 2A14-T6 est que la pénétration augmente respectivement de 68,05 %, 173,4 %, 107,0 % et 139 % par rapport à la matrice. Parce que le fluorure se décompose en atomes métalliques et en atomes de fluor sous la température élevée de l'arc, les atomes de fluor se combinent avec l'hydrogène pour produire du fluorure d'hydrogène, ce qui réduit considérablement l'existence d'hydrogène et réduit les pores dans la soudure, il y a donc très peu de pores dans la soudure recouverte d'activateur AlF3 ; Cependant, un grand nombre de pores se trouvent dans la soudure recouverte d'activateur MgF2, ce qui est dû à l'ajout de MgF2. Bien que la génération de fluorure d'hydrogène soit propice à la réduction de la teneur en hydrogène, l'arc étant extrêmement instable pendant le processus de soudage, l'effet de protection contre les gaz s'aggrave et l'eau provenant de l'atmosphère de l'arc augmente ; Après ajout des activateurs MgF2, CaF2 et AlF3, la microstructure de la soudure devient plus fine et l'activité NaF
Le flux a peu d'effet sur la microstructure de la soudure. Zhang Zhaodong et coll. [31] ont utilisé trois chlorures métalliques MnCl, KCl et ZnCl comme activateurs à la surface d'un alliage d'aluminium.
Le soudage AC A-TIG est effectué. On constate que lors du soudage A-TIG, les éléments métalliques en chlorure pénètrent dans l'espace conducteur de l'arc et affectent l'état de l'arc. La pénétration du soudage est liée à la première énergie d'ionisation des éléments métalliques dans l'agent actif. Avec l'augmentation de la première énergie d'ionisation des éléments métalliques dans l'agent actif, la pénétration de la soudure augmente d'abord puis diminue.
Activateur à 5 composés
Bien qu'un seul activateur puisse augmenter la pénétration de la soudure, il existe encore certains inconvénients, tels que le rapport profondeur/largeur de la soudure n'est pas idéal, la structure de la soudure est grossière et les propriétés mécaniques sont médiocres. L'activateur composé peut mieux intégrer les avantages de divers activateurs pour obtenir une soudure idéale.
Zhou Zejie et coll. [32] ont découvert que l'activateur composite composé de NaCl, MnO, SiO, TiO et ZNF était appliqué sur la surface de l'alliage d'aluminium 3003 pour obtenir
La profondeur de pénétration de la soudure est augmentée de 3,1 fois et la largeur de la soudure est augmentée de 0,4 fois ; La soudure est bien formée, sans fissures, pores, inclusions de laitier et autres défauts, et a peu d'effet sur la granulométrie moyenne de la zone affectée thermiquement par le soudage. Lors de l'utilisation du soudage A-TIG pour souder un alliage d'aluminium, il est difficile de garantir que la pénétration est considérablement augmentée et que la surface de soudure est bien formée, c'est pourquoi le chercheur français Sir et al. Etude d'une nouvelle méthode de soudage fb-tig (flux borned TIG). Bien que cette méthode de soudage puisse garantir que la surface de soudure est bien formée, l'augmentation de la pénétration est moindre [33, 34]. Mao Lizhen et coll. [24] ont appliqué un activateur composite Al-5Ti-B de 3 mm de large au centre de l'échantillon d'alliage d'aluminium, et le reste a été recouvert d'un activateur SiO2 pour le soudage fb-tig. Les résultats ont montré que la microstructure de la zone centrale de la soudure était significativement affinée par rapport à celle sans activateur. Cela était dû à l'existence de TiAl3, TiB2 et d'autres composés intermétalliques dans Al-5Ti-B, qui jouaient le rôle de nucléation hétérogène dans le bain fondu, rendant la zone affectée thermiquement étroite et la microstructure de la soudure fine. Huang Yong et coll. [35] ont utilisé le soudage fz-tig (soudage TIG à zone de flux). Avant le soudage TIG traditionnel, la zone centrale de la surface du cordon de soudure à souder était recouverte d'un activateur fz108 à faible point de fusion et à haute résistivité de 4 mm, dont les composants étaient te, CdCl2, MnCl2, ZnF2 et les zones des deux côtés. ont été recouverts d'un point d'ébullition de fusion élevé et d'un activateur à haute résistivité SiO2, puis soudés. Les résultats montrent que le soudage fz-tig de l'alliage d'aluminium fz108 + SiO2 présente une réaction endothermique entre l'agent actif fz108 dans la zone médiane et le métal du bain en fusion, qui joue le rôle de rétrécissement de l'arc et d'augmentation de la pénétration. Zhang Yong et coll. [36] Afin d'améliorer l'efficacité du soudage AC TIG de l'alliage d'aluminium, un alliage d'aluminium LD10 a été utilisé comme matrice et des cendres volantes de 0,1 à 0,2 mm d'épaisseur ont été appliquées sur la surface de l'échantillon. Les principaux composants des cendres volantes utilisés dans le test : 50,8 % SiO2, 28,1 % Al2O3, 6,2 % Fe2O3, 3,7 % Cao, 1,2 % MgO, 0,8 % SO3. La pénétration de soudure obtenue est de 2,31 mm et la largeur de fusion est de 7,07 mm. Cependant, l'oxyde présent dans l'activateur de cendres volantes réduit l'effet d'écrasement cathodique de l'arc CA sur le bain de soudure, de sorte que la surface de la construction soudée est inégale. Lorsque des cendres volantes sont utilisées comme activateur, l'oxyde à plusieurs composants réagit avec la matrice d'aluminium, ce qui peut augmenter la précipitation de l'alliage d'aluminium. Dans le même temps, comme les cendres volantes augmentent la tension de soudage, l’apport de chaleur de soudage augmente, de sorte que le grain de soudure est grossier. En raison de l'effet de renforcement des précipitations et de l'effet de concentration de l'arc dans la zone de soudure de la soudure recouverte d'activateur de cendres volantes, l'apport de chaleur dans la zone affectée thermiquement est réduit, ce qui entraîne la dureté de la zone affectée thermiquement et de la soudure recouverte d'activateur de cendres volantes. est supérieur à celui des soudures conventionnelles. Zhang Yong et coll. [37] ont également ajouté du SiO2 aux cendres volantes pour le soudage TIG sur la base du flux actif de cendres volantes. Le rapport des deux est de 1:1. La pénétration de la soudure est de 4,26 mm et la largeur de la soudure est de 7,46 mm. Cependant, la microstructure des précipités de soudure est plus grande que celle des constructions soudées conventionnelles, et la dureté de la soudure et de la zone affectée par la chaleur de soudure est supérieure à celle des constructions soudées conventionnelles.
6 knot language
Compared with conventional TIG welding, A-TIG welding can effectively increase weld penetration and reduce weld defects. A-TIG welding of aluminum alloy can increase
Numéro 11 Ma Zhuang et al : Progrès de la recherche sur l'activateur d'oxyde/halogénure pour le soudage à l'arc sous argon des alliages d'aluminium trois mille deux cent trente-cinq
Pénétration des soudures, améliore la formation des soudures et améliore l'efficacité de la production de soudage. Les agents actifs du soudage A-TIG en alliage d'aluminium comprennent principalement le type oxyde, le type halogénure, le type d'agent actif simple et le type d'agent actif composite. Chaque agent actif augmente la pénétration de la soudure à des degrés divers. Parmi eux, l'agent actif de type agent actif composite présente plus d'avantages que les autres types d'agents actifs et présente un grand potentiel de développement. On s’attend à ce que davantage d’activateurs d’oxydes et d’halogénures soient utilisés dans le soudage A-TIG.
