Соединение алюминия
Алюминиевые сплавы часто используются благодаря их высокому соотношению прочности и веса, коррозионной стойкости, низкой стоимости, высокой тепло- и электропроводности . Существует множество методов соединения алюминия, включая механические крепления, сварку , клеевое соединение , пайку , , пайку и сварку трением с перемешиванием (FSW) т. д. В зависимости от стоимости и прочности, необходимой для соединения, используются различные методы. Кроме того, можно выполнять комбинации процессов, чтобы обеспечить средства для трудносоединяемых сборок и уменьшить определенные ограничения процесса.
Механические крепления
[ редактировать ]
Простой и дешевый метод соединения алюминия — использование механических креплений (т.е. болтов и гаек). Обычно в основном материале просверливают отверстие и внутрь помещают крепеж. Для соединения этого типа требуется какой-либо материал внахлестку. Можно использовать алюминиевые заклепки или болты и гайки; однако приложения с высокими нагрузками потребуют более прочного крепежного материала, такого как сталь. Это может привести к гальванической коррозии различных материалов, имеющих разный электрохимический потенциал. Значительная коррозия со временем ослабит узел и, возможно, приведет к его выходу из строя. Кроме того, разные материалы могут привести к термическому усталостному растрескиванию из-за разных коэффициентов теплового расширения . Поскольку сборка неоднократно подвергается нагреву, напряжения могут накапливаться и увеличивать монтажное отверстие. Обычное место использования механических креплений — это клепка алюминиевых панелей на экстерьере самолета. [1]
Клеевое соединение
[ редактировать ]Алюминий можно соединить с помощью различных клеев. Алюминий может потребовать некоторой подготовки поверхности и пассивации для удаления нежелательных химических веществ с поверхности. Пассивация может быть такой же простой, как протирка спиртом или ультразвуковая очистка. Перед склеиванием сухая посадка может подтвердить правильность установки компонентов. Во время отверждения клеям может потребоваться нагрев, давление или и то, и другое. [2]
Подготовка поверхности
[ редактировать ]
Для качественного клеевого соединения необходима некоторая подготовка поверхности. Производится очистка поверхности от загрязнений. Поверхность соединяемых деталей можно придать шероховатость абразивом, например наждачной бумагой, чтобы обеспечить совмещение неровностей поверхности и увеличить площадь поверхности для склеивания. Химическая обработка также может потребоваться для увеличения поверхностной энергии адгезива и удаления оксидного слоя. Оксид алюминия слабо связан с основным алюминием; без удаления оксида клеевой шов резко ослабляется. Оксидные слои могут отделяться от металлической подложки; Ключевым принципом теории разрушения адгезии является слабый пограничный слой Байкермана. Одним из способов укрепить оксидный слой и предотвратить разрушение оксида на подложке является анодирование материала, создающее прочный гексагональный оксидный слой с дополнительной площадью поверхности для клеевого соединения.
Тип клея
[ редактировать ]Выбор клея может зависеть от стоимости, прочности и необходимой пластичности. Любители обычно используют цианакрилат (суперклей), эпоксидную смолу или JB Weld . Силикон также можно использовать там, где необходима гидроизоляция.
Сварка
[ редактировать ]
Большинство алюминиевых сплавов можно соединить сваркой; однако некоторые авиационные алюминии и другие специальные сплавы невозможно сварить обычными методами. Алюминий обычно сваривают газовой дуговой сваркой (GMAW) и газовой вольфрамовой дуговой сваркой (GTAW). Из-за слоя оксида алюминия положительная полярность необходима для разрушения поверхности и обеспечения правильного сварного шва. Переменный ток (AC) также используется, чтобы обеспечить преимущества отрицательной полярности, которая обеспечивает проплавление, и достаточную положительную полярность для сварки без герметизации. Более подробную информацию о параметрах сварки норм и правил сварки конструкционного алюминия можно найти в AWS D1.2. [3]
Сварка алюминия обычно создает размягченную область в металле сварного шва и зоне термического влияния. Для получения материала, приемлемого для конкретного применения, может потребоваться дополнительная термическая обработка. [4] Промышленная сварка также широко используется для соединения алюминия: сварка трением с перемешиванием , лазерная сварка и ультразвуковая сварка — вот лишь некоторые из многих используемых процессов.
Пайка и пайка
[ редактировать ]
Алюминий можно припаивать практически к любому материалу, включая бетон, керамику или дерево. Пайка и пайка могут осуществляться вручную или автоматизированным способом. Ручная пайка алюминия может быть затруднена, поскольку перед плавлением не происходит заметного изменения цвета. Как и в случае с другими методами, сильный оксид алюминия может помешать правильному склеиванию. Для ослабления оксида можно использовать сильные кислоты и основания или агрессивные флюсы использовать . Припои для алюминия должны плавиться при температуре ниже температуры плавления алюминия 660 °C. Алюминиевые сплавы с высоким содержанием магния могут «отравлять» флюсы и снижать температуру плавления, что может привести к ослаблению соединения. В некоторых случаях алюминиевые детали можно плакировать другим материалом и паять с использованием более распространенной технологии и присадочного материала. Паяные соединения требуют перекрытия деталей; величина перекрытия может сильно повлиять на прочность соединения. [5]
Сварка трением с перемешиванием
[ редактировать ]Сварка трением с перемешиванием (FSW) — это процесс соединения в твердом состоянии, в котором используется неплавящийся инструмент для соединения двух обращенных друг к другу заготовок без плавления материала заготовки. [6] [7] Тепло генерируется за счет трения между вращающимся инструментом и материалом заготовки, что приводит к образованию размягченной области рядом с инструментом FSW. Пока инструмент перемещается по линии соединения, он механически смешивает два куска металла и кует горячий и размягченный металл под действием механического давления, которое прикладывается инструментом, подобно соединению глины или теста. [7] В основном он использовался для обработки кованого или экструдированного алюминия, особенно для конструкций, которым требуется очень высокая прочность сварного шва.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Боненбергер, Пол Р. (2005). Первое руководство по Snap-Fit . Цинциннати, Огайо: Hanser Gardner Publications, Inc. ISBN 1-56990-388-3 .
- ^ Поциус, Альфонс В. (2012). Адгезия и клеевые технологии: Введение . Цинциннати, Огайо: Hanser Publications. ISBN 978-3-446-43177-5 .
- ^ Общество американской сварки. «AWS D1.2, Правила сварки конструкций – алюминий: Сертификация: Американское общество сварщиков» . www.aws.org . Проверено 03 апреля 2018 г.
- ^ Липпольд, Джон К. (2015). Сварочная металлургия и свариваемость . John Wiley & Sons Inc. Нью-Джерси: ISBN 978-1-118-23070-1 .
- ^ Комитет C3 Американского общества сварщиков (AWS) по пайке и пайке (2011). РУКОВОДСТВО ПО ПАЙКЕ, 5-Е ИЗДАНИЕ . Майами, Флорида: Американское общество сварщиков. ISBN 978-0-87171-046-8 .
{{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Ли, Кун; Джаррар, Фирас; Шейх-Ахмад, Джамал; Озтюрк, Фахреттин (2017). «Использование связанной формулы Эйлера-Лагранжа для точного моделирования процесса сварки трением с перемешиванием» . Процедия Инжиниринг . 207 : 574–579. дои : 10.1016/j.proeng.2017.10.1023 .
- ^ Jump up to: а б «Сварочный процесс и его параметры – Сварка трением с перемешиванием» . www.fswelding.com . Проверено 22 апреля 2017 г.