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粉末冶金焊點(diǎn)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)
粉末冶金焊點(diǎn)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)
【摘要】本文通過(guò)振動(dòng)試驗(yàn)研究了粉末冶金焊點(diǎn)力學(xué)性能，與鑄鐵焊點(diǎn)對(duì)比，經(jīng)金相形貌觀察，討論了影響焊接性的因素，針對(duì)存在的問(wèn)題提出了預(yù)防措施，得到了粉末冶金的焊接性能參數(shù)。
研究結(jié)果表明：粉末冶金力學(xué)性能等效于鑄鐵焊接力學(xué)性能，只要能避免在結(jié)合面形成氣孔，其焊接性能更穩(wěn)定，粉末冶金零件具有工程應(yīng)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】粉末冶金上蓋 ; 三點(diǎn)焊 ; 振動(dòng)試驗(yàn) ; 力學(xué)性能
1.引言
材料與制造技術(shù)的進(jìn)步使粉末冶金零件取代各種應(yīng)用的鑄鍛零件日益有吸引力。
有時(shí)往往需要將粉末冶金零件相互連接或與其它材料相連接，制成一體零件。
鑒于粉末冶金的獨(dú)特材料組成和能壓制成為復(fù)雜幾何形狀，因此，粉末冶金零件生產(chǎn)的靈活性具有巨大經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。
壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的目標(biāo)將集中在輕量化、改進(jìn)結(jié)構(gòu)整體性及減低制造與組裝成本上。
滿足設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的能力需要制造技術(shù)與新材料可達(dá)到較高強(qiáng)度，較長(zhǎng)耐久性，較好質(zhì)量及較低成本。
粉末冶金零件能全面滿足這些要求，因此，粉末冶金零件正在不斷地替代汽車制造中使用的各種其它生產(chǎn)方法[1]。
現(xiàn)已采用壓縮機(jī)中三點(diǎn)焊的連接方法，研究粉末冶金上蓋與結(jié)構(gòu)鋼筒體之間的三點(diǎn)焊接性。
2.試驗(yàn)材料與方案
2.1 材料與儀器
試驗(yàn)材料：LG粉末冶金上蓋、鑄鐵上蓋、GQ046Y4筒體、振動(dòng)金屬板。
試驗(yàn)儀器：氣體保護(hù)焊機(jī)、UD?鄄T2000振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)(SAI90?鄄T2000?鄄53A?鄄ST)。
2.2 試驗(yàn)方案
將粉末冶金上蓋和鑄鐵上蓋分別在GQ046Y4筒體中進(jìn)行三點(diǎn)焊接。
制備樣件數(shù)量5個(gè)，其中編號(hào)2?鄄1、2?鄄3、2?鄄5為粉末冶金上蓋，2?鄄2、2?鄄4為鑄鐵上蓋。
將樣件用夾具固定于試驗(yàn)臺(tái)，夾具與臺(tái)面力矩要求88N/m，在水平方向按試驗(yàn)條件：頻率200Hz，加速度 20g，軸向水平，推力 67KN進(jìn)行持續(xù)4小時(shí)振動(dòng)試驗(yàn)，每過(guò)1小時(shí)對(duì)樣件焊點(diǎn)進(jìn)行檢查，查看焊點(diǎn)是否脫落，并記錄數(shù)據(jù)。
試驗(yàn)結(jié)束后，線切割樣件焊點(diǎn)，通過(guò)光學(xué)顯微鏡對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行金相分析。
確認(rèn)粉末冶金焊點(diǎn)的力學(xué)性能。
3.試驗(yàn)結(jié)果
3.1 振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果
振動(dòng)試驗(yàn)是讓樣件承受一段給出頻率的正弦振動(dòng)或承受在一定的時(shí)間周期內(nèi)處于離散的頻率的正弦振動(dòng)。
是為了了解產(chǎn)品的耐振壽命和性能指標(biāo)的穩(wěn)定性，尋找可能引起破壞或失效的薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)在模擬實(shí)際環(huán)境的振動(dòng)、沖擊條件下進(jìn)行的考核試驗(yàn)。
振動(dòng)試驗(yàn)后，對(duì)樣件焊點(diǎn)沿中心線切割，分析結(jié)果見(jiàn)表1。
表1. 振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果
由上表數(shù)據(jù)可知，在持續(xù)4小時(shí)的振動(dòng)試驗(yàn)后，只有粉末冶金2-5樣件焊點(diǎn)未振脫，鑄鐵兩樣件全部振脫。
可以初步確定粉末冶金三點(diǎn)焊接已達(dá)到可以接受的最低焊接強(qiáng)度。
試驗(yàn)結(jié)束后，除了確認(rèn)焊點(diǎn)是否振脫外，還對(duì)樣件的其他部位進(jìn)行了檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，編號(hào)2?鄄4樣件中，鑄鐵上蓋脖子中部已經(jīng)斷裂。
由于在振動(dòng)試驗(yàn)后才發(fā)現(xiàn)鑄鐵上蓋振裂，所以無(wú)法判斷焊點(diǎn)振脫和上蓋振裂的先后順序，但可以說(shuō)明本次振動(dòng)試驗(yàn)強(qiáng)度已達(dá)到壓縮機(jī)所能承受的最大值。
4.結(jié)果分析與討論
2?鄄1樣件持續(xù)一個(gè)小時(shí)后焊點(diǎn)就振脫，主要是焊接工藝問(wèn)題，焊偏導(dǎo)致焊縫未充滿，未能與基體形成牢固的結(jié)合，而只是靠焊縫局部應(yīng)力膠合，隨著振動(dòng)時(shí)間的增長(zhǎng)，應(yīng)力漸漸減弱，故造成很快脫落。
由于金屬材料本身存在空隙或夾渣，加之焊接過(guò)程中焊料熔渣的影響(熔渣的氧化性增大時(shí)，有CO引起的氣孔傾向增加;熔渣的還原性增大時(shí)，則氫氣孔的傾向增加)，所以任何材料在焊接過(guò)程中，焊點(diǎn)內(nèi)部都會(huì)有或多或少的氣孔形成，是不可避免的。
分析粉末冶金上蓋焊接樣件2?鄄3焊點(diǎn)振脫的原因：1.粉末冶金基體與焊縫界面存在氣孔，氣孔的存在減少了結(jié)合面的有效截面積，破環(huán)了焊點(diǎn)熔合區(qū)的致密性，降低了接頭的疲勞性。
焊點(diǎn)的熔合區(qū)是焊縫和基體金屬的交接過(guò)渡區(qū)，焊縫和基體有良好的結(jié)合在很大程度上決定著焊接接頭的性能。
而氣孔作為應(yīng)力集中因素，在振動(dòng)過(guò)程中只是加大了焊點(diǎn)脫落的可能性;2.三焊點(diǎn)中有一焊點(diǎn)出現(xiàn)燒穿現(xiàn)象。
可能是由于操作者在焊接電流一定的情況下，焊接速度過(guò)慢造成的。
焊縫中有穿孔會(huì)嚴(yán)重影響焊接接頭的力學(xué)性能，也是該樣件焊點(diǎn)振脫的主要原因。
振動(dòng)試驗(yàn)后，粉末冶金三點(diǎn)焊2?鄄5樣件焊點(diǎn)完好， 2?鄄3樣件焊點(diǎn)脫落，通過(guò)比較兩者金相形貌，分析發(fā)現(xiàn)，焊縫-基體結(jié)合面的狀態(tài)與粉末冶金焊接牢固性有一定關(guān)系，結(jié)合面無(wú)氣孔，提高了焊接結(jié)合強(qiáng)度，延長(zhǎng)了樣件使用壽命。
綜合考慮，振動(dòng)樣件焊點(diǎn)強(qiáng)度：2?鄄5>2?鄄2≥2?鄄3，2?鄄4>2?鄄1，表明粉末冶金上蓋三點(diǎn)焊接性能等效于鑄鐵上蓋三點(diǎn)焊接性能。
5.結(jié)論
(1)本次振動(dòng)試驗(yàn)條件可以作為考核壓縮機(jī)三點(diǎn)焊強(qiáng)度的參考標(biāo)準(zhǔn)。
(2)粉末冶金三點(diǎn)焊接力學(xué)性能等效于鑄鐵上蓋三點(diǎn)焊接力學(xué)性能。
(3)通過(guò)本次試驗(yàn)可說(shuō)明，粉末冶金上蓋應(yīng)用于壓縮機(jī)三點(diǎn)焊是可行的，且具有良好的可靠性。
(4)粉末冶金基體與焊縫結(jié)合面存在少許氣孔雖然可以達(dá)到本次試驗(yàn)要求，但對(duì)粉末冶金焊接件使用壽命影響較大。
要盡量避免在結(jié)合面形成氣孔，進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[1] 韓鳳麟. 粉末冶金結(jié)構(gòu)零件焊接.粉末冶金技術(shù)[J]， 2011，29(3)：224～226。
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