मैग्नीशियम मिश्र धातु वेल्डिंग दोषों की घटना और रोकथाम

1 प्रस्तावना

मैग्नीशियम मिश्र धातुएं न केवल हल्की, उच्च शक्ति वाली और कम कीमत वाली होती हैं, बल्कि उनमें अच्छी कंपन अवमंदन, कास्टेबिलिटी, विद्युत चालकता, विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण और गर्मी लंपटता भी होती है, और कई औद्योगिक उत्पादों के लिए पसंदीदा धातु सामग्री बन गई हैं। वर्तमान में, विमानन उद्योग में कॉकपिट फ्रेम, उपकरण ब्रैकेट और व्हील हब जैसे छोटे असर क्षमता वाले घटकों में मैग्नीशियम मिश्र धातुओं का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है [1]।

आधुनिक बड़े पैमाने पर विनिर्माण उपकरणों के परिवर्तन और उन्नयन के साथ, हल्के मैग्नीशियम मिश्र धातु संरचनात्मक भागों की मांग बहुत जरूरी हो गई है। हालांकि, मैग्नीशियम मिश्र धातुओं की वेल्डिंग में कई दोष हैं, और उच्च गठन गुणवत्ता और उच्च व्यापक प्रदर्शन के साथ वेल्डेड जोड़ों को प्राप्त करना मुश्किल है। यह पेपर मैग्नीशियम मिश्र धातु वेल्डिंग दोषों के कारणों का विश्लेषण करता है और निवारक उपायों का प्रस्ताव करता है, जो मैग्नीशियम मिश्र धातु सामग्री के लोकप्रियकरण और अनुप्रयोग में मदद कर सकता है, और विनिर्माण उपकरण के क्षेत्र के लिए व्यावहारिक महत्व रखता है।

2 मैग्नीशियम मिश्र धातु की वेल्डिंग प्रक्रिया

मैग्नीशियम मिश्र धातुओं के लिए सामान्य वेल्डिंग प्रक्रियाओं में फ़्यूज़न वेल्डिंग और ठोस चरण वेल्डिंग शामिल हैं। फ्यूजन वेल्डिंग में मुख्य रूप से टंगस्टन आर्गन आर्क वेल्डिंग, मेटल आर्गन आर्क वेल्डिंग, इलेक्ट्रॉन बीम वेल्डिंग, लेजर वेल्डिंग और अन्य तरीके शामिल हैं, और ठोस चरण वेल्डिंग मुख्य रूप से घर्षण हलचल वेल्डिंग है। उनमें से, कम पूर्व-वेल्ड तैयारी कार्य, परिरक्षण गैस और वेल्डिंग सामग्री की कोई आवश्यकता नहीं, सभी-स्थिति वेल्डिंग, वेल्ड के अच्छे यांत्रिक गुणों और छोटे पोस्ट-वेल्ड तनाव के फायदों के कारण घर्षण हलचल वेल्डिंग एक पसंदीदा वेल्डिंग विधि बन गई है। विरूपण. हालाँकि, घर्षण हलचल वेल्डिंग के नुकसान हैं कि वेल्ड को कठोरता से तय किया जाना चाहिए, वेल्डिंग की गति कम है, सरगर्मी सिर जल्दी से घिस जाता है, और वेल्ड के अंत में कीहोल बनाना आसान होता है, जो फ्यूजन वेल्डिंग को एक सामान्य वेल्डिंग विधि बनाता है .

3 मैग्नीशियम मिश्र धातु के वेल्डिंग दोषों का विश्लेषण

मैग्नीशियम मिश्र धातुओं में आसान वाष्पीकरण, आसान ऑक्सीकरण, आसान नाइट्राइडिंग और बड़े थर्मल तनाव जैसे नुकसान होते हैं, और अक्सर वेल्डिंग के दौरान विभिन्न प्रकार के वेल्डिंग दोष दिखाई देते हैं। छिद्र, थर्मल दरारें और विरूपण जैसे सामान्य दोषों के कारणों और निवारक उपायों को सुलझाया जाता है।

3.1 रंध्र

(1) गठन के कारण फ़्यूज़न वेल्डिंग जोड़ के वेल्ड में अक्सर छिद्र दिखाई देते हैं। उदाहरण के लिए, चित्र 1 एक साधारण डाई-कास्टिंग AZ91D मैग्नीशियम मिश्र धातु आर्गन टंगस्टन आर्क वेल्डिंग जोड़ के वेल्डिंग सीम की छिद्र आकृति विज्ञान को दर्शाता है। दो प्रकार के सूक्ष्म छिद्र होते हैं जिन पर हाइड्रोजन गैस हावी होती है और उलझे हुए मैक्रोस्कोपिक छिद्र नाइट्रोजन पर हावी होते हैं [2]।

छिद्रों का निर्माण मुख्य रूप से दो कारणों से होता है: एक यह है कि वेल्डिंग पूल में धातुकर्म प्रतिक्रिया से उत्पन्न अघुलनशील गैस ठोस डेंड्राइट क्रिस्टल के बीच इकट्ठा होती है और छिद्रों को बनाने के लिए निर्वहन करना आसान नहीं होता है; दूसरा कारण यह है कि वेल्डिंग पूल जमने के चरण में कुछ को अवशोषित और घोल देता है, पिघले हुए पूल के तापमान में तेज गिरावट के साथ गैस की घुलनशीलता तेजी से कम हो जाती है, और बढ़ते डेंड्राइट के सामने गैस को इकट्ठा करना आसान होता है, जिससे छिद्र बन जाते हैं। क्रिस्टल परत.

मैग्नीशियम मिश्र धातुओं के संलयन वेल्डिंग के दौरान, छिद्र मुख्य रूप से विघटित हाइड्रोजन से आते हैं, जबकि पिघले हुए पूल में हाइड्रोजन मुख्य रूप से आधार धातु, वेल्डिंग तार या आर्क कॉलम वातावरण के आसपास की नमी से आता है। मैग्नीशियम मिश्र धातुओं में मजबूत तापीय चालकता होती है, और पिघले हुए पूल की जमने की गति बहुत तेज होती है, जिससे हाइड्रोजन बच जाता है और छिद्र बन जाता है। वहीं, मैग्नीशियम मिश्र धातु की सतह पर एमजीओ फिल्म बनाना आसान है। अधिक Mg सामग्री अधिक MgO की ओर ले जाती है, MgO Al2O3 और अन्य ऑक्साइड की तुलना में ढीला है, और पानी को अवशोषित करना और छिद्र बनाना आसान है।

वर्तमान में, पिघली हुई अक्रिय गैस परिरक्षित वेल्डिंग (एमआईजी) वेल्ड की सरंध्रता सबसे अधिक है। ऐसा इसलिए है क्योंकि एमआईजी वेल्डिंग वेल्डिंग तार के निरंतर पिघलने पर निर्भर करती है, और वेल्डिंग तार में ऑक्साइड फिल्म दृढ़ता से जुड़े पानी को बूंद में घोल देगी, जिसके परिणामस्वरूप पिघले हुए पूल का हाइड्रोजनीकरण होगा। . इलेक्ट्रॉन बीम वेल्डिंग और लेजर वेल्डिंग में भी वेल्ड में अधिक सरंध्रता होती है, जो इन दो तरीकों के कम वेल्डिंग ताप इनपुट, पिघले हुए पूल की तेज़ शीतलन दर और पिघले हुए पूल में हाइड्रोजन के निकलने का समय नहीं होने के कारण होता है।

(2) निवारक उपाय प्री-वेल्डिंग उपचार: जितना संभव हो बेस मेटल और वेल्डिंग तार की सतह पर ऑक्साइड फिल्म और तेल के दाग को हटाने के लिए यांत्रिक सफाई और रासायनिक सफाई को मिलाएं; बेस मेटल और वेल्डिंग तार की सतह पर नमी को यथासंभव दूर करने के लिए सुखाने के तरीकों का उपयोग करें; पर्यावरण में वेल्डिंग से बचने का प्रयास करें।

वेल्डिंग मापदंडों का अनुकूलन: वेल्डिंग पैरामीटर पिघले हुए पूल में गैस के निकलने और पिघलने की स्थितियों को प्रभावित कर सकते हैं। जब भागने की स्थितियाँ पिघलने की स्थितियों से अधिक अनुकूल होती हैं, तो सरंध्रता को कम करना संभव होता है। चित्र 2 एलएफ6 एल्यूमीनियम-मैग्नीशियम मिश्र धातु की सरंध्रता प्रवृत्ति और वेल्डिंग मापदंडों के बीच संबंध को दर्शाता है [3]। बड़ा वेल्डिंग करंट और वेल्डिंग गति सरंध्रता में कमी के लिए अनुकूल है।

सुरक्षात्मक वातावरण में उपयुक्त ऑक्सीडेटिव गुण होते हैं: हाइड्रोजन विघटन को रोकने के दृष्टिकोण से, वेल्डिंग सुरक्षा के लिए उपयोग की जाने वाली अक्रिय गैस जैसे Ar और He में थोड़ी मात्रा में CO2 या O2 जोड़ने से सरंध्रता को कम करने में मदद मिल सकती है।

3.2 थर्मल दरारें

(1) गठन के कारण सबसे आम थर्मल दरारें ठोसकरण दरारें और द्रवीकरण दरारें हैं। जमने वाली दरारें, वेल्ड धातु के बीच शेष तरल फिल्म के अलग होने के कारण होने वाली दरारें होती हैं, जब जमने का तापमान सॉलिडस लाइन के पास गिर जाता है। द्रवीकरण दरार में अंतर-क्रिस्टलीय चरण तरल चरण में पिघल जाता है जब निकट-स्लिट क्षेत्र अधिक गरम हो जाता है, और तरल फिल्म अलग हो जाती है और टूट जाती है। उदाहरण के लिए, चित्र 3 ZK60 मैग्नीशियम मिश्र धातु [4] की लेजर वेल्डिंग के दौरान विभिन्न वेल्डिंग गति के अनुरूप वेल्ड में जमने वाली दरारों की स्थिति को दर्शाता है।

वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान, मुख्य मिश्र धातु तत्व मैग्नीशियम आसानी से एल्यूमीनियम, तांबा, निकल आदि जैसे ट्रेस तत्वों के साथ प्रतिक्रिया करके कम पिघलने बिंदु यूटेक्टिक यौगिक बनाता है। जमने के दौरान, भंगुर तापमान रेंज में, इन अघुलनशील यूटेक्टिक्स को एक तरल फिल्म के रूप में अनाज के बीच वितरित किया जाएगा, जो अंतर-कणीय बंधन बल को गंभीर रूप से कम कर देता है। मैग्नीशियम मिश्र धातु में एक बड़ा थर्मल विस्तार गुणांक होता है, जो वेल्डिंग के दौरान बड़े थर्मल विरूपण का कारण बनता है, और जमने के दौरान बड़े संकोचन तनाव के अधीन होगा। अंतर-दानेदार तरल फिल्म इस सिकुड़न तनाव का विरोध करना मुश्किल है, और इसे तोड़ना और जमना दरारें बनाना आसान है। उसी तरह, मैग्नीशियम मिश्र धातु की तापीय चालकता और तनाव दर अपेक्षाकृत बड़ी होती है, और वेल्डिंग गर्मी चक्र सीम के पास इंटरग्रेनुलर चरण को जल्दी से पिघला देगा, और अनाज सीमा के यांत्रिक गुणों में कमी आएगी, जिसके तहत दरार करना आसान है तनाव।

(2) निवारक उपाय बेस मेटल और वेल्डिंग तार में तत्वों की सामग्री को समायोजित करें: बेस मेटल और वेल्डिंग तार में आसानी से अलग होने वाले तत्वों और हानिकारक अशुद्धियों की सामग्री को सीमित करें, और होने वाले मैक्रो-अलगाव और कम पिघलने वाले दूसरे चरण को कम करें। वेल्ड में.

वेल्डिंग मापदंडों का अनुकूलन: एक उचित वेल्डिंग गति का चयन करके, चित्र 4 पिघले हुए पूल के आकार और वेल्डिंग गति के बीच संबंध दिखाता है [3]। कम गति पर वेल्डिंग करते समय, पिघला हुआ पूल अण्डाकार होता है, और स्तंभ क्रिस्टल हेरिंगबोन पैटर्न में वेल्ड के बीच तक बढ़ते हैं, जिससे अलग-अलग कमजोर सतहों का निर्माण करना आसान नहीं होता है, और थर्मल दरार की प्रवृत्ति छोटी होती है; लेकिन जब उच्च गति पर वेल्डिंग होती है, तो पिघला हुआ पूल अश्रु-आकार का होता है, और स्तंभ क्रिस्टल के समान होते हैं, यह वेल्ड की धुरी पर लंबवत बढ़ता है, और बैठक की सतह पर पृथक्करण कमजोर सतह बनाना आसान होता है, और प्रवृत्ति थर्मल क्रैकिंग बड़ी है. वेल्डिंग हीट इनपुट को उचित रूप से कम करके अनाज के आकार को परिष्कृत करना और इंटरग्रेनुलर चरण के आकार को कम करना भी संभव है, और शीतलन दर को कम करके वेल्ड के जमने और सिकुड़न के तनाव को धीमा करना संभव है, जो सभी की घटना को कम कर सकते हैं। थर्मल दरारें.

संयम का उचित नियंत्रण: संयम को नियंत्रित करने से जोड़ पर तनाव यथासंभव कम हो जाता है। उदाहरण के लिए, उपयुक्त वेल्डिंग अनुक्रम चुनना। जब वेल्डिंग अनुक्रम अनुचित होता है, तो अंतिम कुछ वेल्ड बड़े अवरोध की स्थिति में हो सकते हैं, स्वतंत्र रूप से सिकुड़ना मुश्किल होता है, तनाव की मात्रा काफी बढ़ जाती है, और दरारें पड़ने का खतरा होता है।

3.3 विकृति

(1) गठन के कारण मैग्नीशियम मिश्र धातुओं में उच्च तापीय चालकता और बड़े तापीय विस्तार गुणांक होते हैं, इसलिए वेल्ड सीम की शीतलन दर तेज होती है, और निकट सीम क्षेत्र और आधार धातु आसानी से संकोचन तनाव से विकृत हो जाते हैं, और अंतिम आकार और आकार परिवर्तन. उदाहरण के लिए, चित्र 5 से पता चलता है कि एल्यूमीनियम-मैग्नीशियम मिश्र धातु में अवतल विरूपण होता है क्योंकि नोजल का फ़िलेट वेल्ड सिलेंडर के परिधि वेल्ड के बहुत करीब होता है [5]।

(2) निवारक उपाय वेल्ड संरचना को अनुकूलित करें: वेल्ड की स्थिति को तर्कसंगत रूप से व्यवस्थित करें, सुनिश्चित करें कि प्रत्येक वेल्ड में पर्याप्त गर्मी अपव्यय स्थान हो, और क्षेत्र में वेल्ड की अत्यधिक एकाग्रता से बचें; वेल्ड के उचित आकार और आकार का चयन करें [6]।

कठोरता और निर्धारण बढ़ाएँ: मैग्नीशियम मिश्र धातु प्लेटों को वेल्डिंग करते समय, कार्यक्षेत्र पर मैग्नीशियम मिश्र धातु प्लेटों को ठीक करने के लिए विशेष फिक्स्चर, समर्थन छड़ और अन्य उपकरणों का उपयोग करें। वेल्डिंग के बाद कमरे के तापमान तक ठंडा होने के बाद, वेल्डिंग तनाव के हिस्से को मुक्त करने के लिए हैमरिंग विधि का उपयोग किया जाता है, और फिर कठोर निर्धारण को हटा दिया जाता है।

वेल्डिंग से पहले प्रीहीटिंग: वेल्डिंग से पहले प्रीहीटिंग से बेस मेटल का तापमान बढ़ जाता है, जिससे यह सुनिश्चित हो जाता है कि वेल्डिंग के दौरान वेल्ड मेटल और आसपास के बेस मेटल के बीच तापमान का अंतर कम हो जाता है, जिससे वेल्डिंग सिकुड़न का आंतरिक तनाव कम हो जाता है।

एक उचित वेल्डिंग अनुक्रम चुनें: घटक को उचित रूप से कई छोटी इकाइयों में विभाजित करें, प्रत्येक छोटी इकाई को अलग से वेल्ड करें, और फिर छोटी इकाइयों को पूरी तरह से वेल्ड करें, ताकि असममित वेल्ड या बड़े संकोचन वाले वेल्ड बिना संकोचन के अधिक स्वतंत्र रूप से सिकुड़ सकें। संपूर्ण संरचना को प्रभावित करें [7]।

विरूपण-विरोधी नियंत्रण: वेल्डिंग विरूपण के आकार और दिशा का अनुमान लगाएं, और फिर वेल्डिंग असेंबली के दौरान विपरीत दिशाओं और समान आकार के साथ कृत्रिम विरूपण सेट करें, ताकि वेल्डिंग द्वारा उत्पन्न विरूपण को पूर्व निर्धारित विरोधी विरूपण द्वारा ऑफसेट किया जा सके।

3.4 अन्य दोष

(1) छेद छेद अक्सर घर्षण हलचल वेल्डेड जोड़ों के वेल्ड में दिखाई देते हैं। उदाहरण के लिए, चित्र 6 AZ31 मैग्नीशियम मिश्र धातु [8] के घर्षण हलचल वेल्डिंग सीम में शून्य दोष दिखाता है। मैग्नीशियम मिश्र धातुओं की वेल्डिंग करते समय, जब वेल्डिंग हीट इनपुट अपर्याप्त होता है, तो जमा धातु का प्लास्टिक विरूपण अपर्याप्त होगा, सामग्री की तरलता खराब होगी, और वेल्ड के अंदर पूरी तरह से बंद नहीं होगा, जिससे छेद बनेंगे; जब वेल्डिंग हीट इनपुट बहुत बड़ा होता है, तो सरगर्मी सिर का कारण होगा। आगे की तरफ वेल्ड सामग्री फैलती है और ओवरफ्लो होती है, और बैकफ़िल अपर्याप्त होती है, जिससे छेद बनते हैं; जब बिना धागे के स्तंभ या शंक्वाकार सरगर्मी सिर का उपयोग किया जाता है, तो वेल्ड क्षेत्र में सामग्री का प्लास्टिक विरूपण अपर्याप्त होता है, और छेद आसानी से बन जाते हैं। वेल्डिंग ताप इनपुट को समायोजित करने के लिए वेल्डिंग गति और सरगर्मी सिर की घूर्णन गति को उचित रूप से नियंत्रित करके, या सरगर्मी सिर की उपयुक्त ज्यामिति का चयन करके छेद दोषों की घटना से बचा जा सकता है।
चित्र
चित्र.6 AZ31 मैग्नीशियम मिश्र धातु के घर्षण हलचल वेल्डेड जोड़ का छिद्र दोष (AS आगे की ओर है, RS पीछे की ओर है)[8]
(2) बर्न-थ्रू बर्न-थ्रू अक्सर फ़्यूज़न वेल्डिंग जोड़ के वेल्ड सीम में होता है। मैग्नीशियम ऑक्साइड के उच्च गलनांक और मैग्नीशियम मिश्र धातु के कम गलनांक के कारण, जब दोनों एक साथ जुड़े होते हैं तो उन्हें फ्यूज करना मुश्किल होता है। जब मैग्नीशियम मिश्र धातु शीट को वेल्ड किया जाता है, तो वेल्ड के पिघलने का निरीक्षण करना मुश्किल होता है। एक बार जब ताप इनपुट अनुचित सीमा तक बढ़ जाता है, तो पिघले हुए पूल का रंग महत्वपूर्ण रूप से नहीं बदलता है, लेकिन पिघले हुए पूल के नीचे की बिना पिघली धातु इसे प्राप्त होने वाले तनाव का विरोध नहीं कर सकती है, और इस समय जलना होता है। वेल्डिंग से पहले मैग्नीशियम मिश्र धातु की सतह को साफ करने का अच्छा काम करें, और बर्न-थ्रू दोषों की घटना से बचने के लिए सफाई के बाद जितनी जल्दी हो सके वेल्डिंग करें। इसके अलावा, प्रवेश की गहराई को सीमित करने के लिए वेल्डिंग मापदंडों को अनुकूलित करके, बर्न-थ्रू से भी बचा जा सकता है।

मैग्नीशियम मिश्र धातुओं में वेल्डिंग दोषों के 4 विशिष्ट मामले का विश्लेषण

6 मिमी मोटी GW63K मैग्नीशियम मिश्र धातु को क्रमशः लेजर वेल्डिंग और इलेक्ट्रॉन बीम वेल्डिंग द्वारा वेल्ड किया गया था, और वेल्ड सीम की मैक्रोस्कोपिक उपस्थिति क्रमशः चित्र 7 और चित्र 8 में दिखाई गई है। दो प्रकार के फ़्यूज़न वेल्डिंग सीम में स्पैटर और अंडरकट जैसे स्पष्ट दोष होते हैं, जो मैग्नीशियम मिश्र धातु के कम पिघलने बिंदु, बड़े थर्मल विस्तार गुणांक और बड़े वेल्डिंग हीट इनपुट के कारण होते हैं। वेल्डिंग ताप इनपुट को कम करने के लिए बाद के तरीकों का उपयोग किया जा सकता है। प्रक्रिया का इष्टतीमीकरण।
चित्र
चित्र 7 GW63K मैग्नीशियम मिश्र धातु के लेजर वेल्डेड सीम की मैक्रोस्कोपिक आकृति विज्ञान
चित्र
चित्र 8 GW63K मैग्नीशियम मिश्र धातु के इलेक्ट्रॉन बीम वेल्डेड सीम की मैक्रोस्कोपिक आकृति विज्ञान