بحث حول عملية لحام جديدة للمعادن غير المتشابهة في سبيكة الألومنيوم 6063/أحمرمفصل نحاسي
ملخص: تم تطوير عملية لحام جديدة باستخدام معدن مختلف لمفصل سبائك الألومنيوم 6063/النحاس الأحمر. تستخدم هذه الطريقة سلكًا من الزنك والألومنيوم مملوءًا بالصهر كمواد لحام، وتجمع بين خصائص لحام TIG واللحام، وتتمتع بمزايا التشغيل المريح والكفاءة العالية. تم تحليل قابلية البلل وقوة القص والبنية الدقيقة للمفصل من خلال المقارنة مع اللحام التقليدي في الفرن. تظهر النتائج أن عملية اللحام الجديدة يمكنها تحقيق لحام سبائك الألومنيوم 6063/النحاس الأحمر بشكل فعال لكل مفصل، والحصول على قوة قص أعلى للمفصل، تصل إلى 70.2 نيوتن/مم2.
الكلمات الرئيسية: وصلة نحاس وألومنيوم، لحام، سلك لحام مجوف من مادة الصهر، معدن حشو من الألومنيوم.
يُستخدم الألومنيوم والنحاس على نطاق واسع في مجالات مثل نقل الكهرباء وتبادل الحرارة والضروريات اليومية نظرًا لتوصيلهما الكهربائي والحراري الجيد. وبالمقارنة مع الاثنين، فإن التوصيل الكهربائي والحراري للألومنيوم ليس جيدًا مثل النحاس.
سعر الألومنيوم في السوق هو 1/3 من النحاس، وكثافة الألومنيوم هي 1/3 فقط من النحاس.
بدون النظر في الخصائص الميكانيكية والخصائص الكهروحرارية، فإن تكلفة المواد المصنوعة من الألومنيوم لنفس المكونات هي 1/9 من المواد النحاسية. لذلك، يستخدم الناس تقنية "استبدال الألومنيوم بالنحاس" في العديد من الصناعات لتقليل تكاليف الإنتاج، مثل تحضير الأجهزة الإلكترونية الدقيقة ومعدات الطاقة وبطاريات المركبات الهجينة وبطاريات الطاقة." هناك العديد من الطرق لتوصيل الألومنيوم بالنحاس، بدءًا من العملية وبدءًا من جوانب مختلفة مثل المواد، يمكن استخدام اللحام بالصهر واللحام. من بينها، يتميز اللحام بالصهر لمفاصل الألومنيوم / النحاس بكفاءة إنتاج عالية وشكل جميل، ولكن المفاصل هشة ومنخفضة القوة وعرضة للتشقق؛ يتم التحكم في طريقة اللحام بشكل صارم. تحت فرضية تحسين تركيبة اللحام وعملية اللحام، يمكن الحصول على مفاصل نحاس / ألومنيوم ذات أداء ممتاز. لذلك، يعد اللحام تقنية واعدة لتوصيل النحاس والألومنيوم. ومع ذلك، فإن الكفاءة الإنتاجية المنخفضة لطرق اللحام التقليدية تشكل عقبة أمام الترويج لها. مشكلة كبيرة.
تعتمد هذه التجربة على عملية لحام جديدة، والتي تستخدم سلك لحام مملوء بالتدفق كمواد لحام، واللهب كمصدر للحرارة، وطريقة تشغيل لحام قوس التنغستن والأرجون، من أجل تحقيق اتصال فعال لمفصل سبائك الألومنيوم 6063 / النحاس الأحمر.
مواد و طرق الاختبار:
المواد المستخدمة في هذا الاختبار هي سبائك الألومنيوم 6063 والنحاس الأحمر. مواد اللحام هي Zn75Al25 وZn92AI8، وسلكين لحام من الزنك والألومنيوم، ولحام من الزنك والألومنيوم مع المكونات المقابلة. جميع المواد المستخدمة في اللحام هي CsF-AlF، وهي مادة غير قابلة للتآكل ودرجة حرارة متوسطة.
من تحليل نتائج الاختبار، فإن قابلية البلل لسلك اللحام المغطى بالصهر على سبائك الألومنيوم 6063 والنحاس لا تختلف كثيرًا عن قابلية اللحام التي تغطي الصهر. ويرجع ذلك إلى نقطة الانصهار المنخفضة لسبائك الزنك والألومنيوم. بعد الذوبان بسرعة عند درجة حرارة عالية، يسيل الصهر بمرور الوقت ويزيل بشكل فعال أكاسيد السطح للمعدن الأساسي، مما يضمن قدرة اللحام على البلل على المعدن الأساسي. بالمقارنة مع Zn92Al8، يتمتع Zn75Al25 بقابلية أفضل للبلل سواء على صفيحة سبائك الألومنيوم 6063 أو صفيحة النحاس. يمكن لكليهما الانتشار جيدًا على سبائك الألومنيوم 6063. ومع ذلك، فإن قابلية البلل على النحاس الأحمر متوسطة. تبلغ مساحة انتشار Zn75Al25 حوالي 50 مم، وهو أمر مقبول، بينما تبلغ مساحة انتشار Zn92Al8 حوالي 30 مم فقط، مما قد يتسبب بسهولة في حدوث عيوب أثناء اللحام. يمكن ملاحظة أنه مع زيادة محتوى الزنك، تصبح قابلية البلل للحام على النحاس أسوأ. وذلك لأنه بالإضافة إلى التوتر السطحي، فإن العوامل التي تؤثر على قابلية البلل بين اللحام السائل والمعدن الأساسي هي الأهم من ذلك العلاقة بين اللحام والمعدن الأساسي. سوف تتفاعل عناصر الألومنيوم والزنك في اللحام مع بعضها البعض. يتفاعل المعدن الأساسي النحاسي لتكوين مركبات بين معدنية. ترتبط قابلية انتشار لحام الزنك والألومنيوم على النحاس بشكل وكمية المركبات بين المعدنية المنتجة. عندما يكون محتوى الألومنيوم منخفضًا، ستتولد مركبات بين معدنية من النحاس والزنك، والتي لها نقطة انصهار عالية. عندما يتم إنشاؤها، فإنها ستنمو في شجيرات وبراعم، مما سيعيق انتشار اللحام السائل.
يمكن ملاحظة من نتائج الاختبار أنه عند لحام وصلات سبائك الألومنيوم 6063/النحاس الأحمر باستخدام لحامات مختلفة، فإن قوة القص للمفاصل التي تم الحصول عليها من خلال عملية اللحام الجديدة أكبر من تلك التي تم الحصول عليها بطريقة اللحام باللهب التقليدية. قوة القص للمفصل التي تم الحصول عليها باستخدام سلك اللحام المغلف بالصهر Zn75Al25 هي الأعلى، والتي تبلغ 70.20 نيوتن/مم2.
من تحليل العملية، عندما يتم استخدام عملية اللحام التقليدية للحام بالفرن، يتم وضع معدن حشو اللحام والتدفق على لوحة الاختبار مسبقًا. بعد ذوبان معدن حشو اللحام عند درجة حرارة عالية، فإنه يعتمد على قابليته للبلل على المعدن الأساسي ليتدفق تلقائيًا إلى خط اللحام لإكمال اتصال اللحام. أثناء هذه العملية، ستؤثر عوامل مثل جودة سطح المعدن الأساسي ومستوى وضع لوحة الاختبار وفجوة خط اللحام على جودة اللحام. نظرًا لضعف قابلية البلل لـ Zn92Al8 على النحاس، فإن قوة القص للمفصل تبلغ 26.96 نيوتن/مم فقط، ومن المرجح أن تحدث عيوب مثل الافتقار الجزئي لاندماج المفصل. تستخدم عملية اللحام الجديدة حشو الأسلاك اليدوي، وهو سهل التشغيل ومماثل لعملية لحام قوس الأرجون في طريقة اللحام بالانصهار. لذلك، يمكنه تجنب تأثيرات فجوات خط اللحام والتأثيرات الأخرى بشكل فعال، وتشكيل لحام ممتلئ وجميل. نظرًا لأن عملية ملء السلك وإضافة التدفق تتم في وقت واحد، فإن نسبة اللحام والتدفق ثابتة علميًا، مما يقلل أيضًا من عيوب اللحام الناتجة عن التشغيل غير السليم. لذلك، من حيث طرق المعالجة، تتمتع عملية اللحام الجديدة بمرونة واستقرار وموثوقية أفضل من اللحام التقليدي بالفرن.
من تحليل مواد اللحام، فإن قوة القص للمفاصل باستخدام لحام Zn75Al25 أعلى من قوة لحام Zn92Al8. من ناحية، يرجع هذا إلى أن أداء البلل لـ Zn75A125 على سبائك الألومنيوم 6063 والنحاس أفضل من أداء Zn92Al8. أثناء اللحام، يكون اللحام أسهل في التدفق والبلل في خط اللحام؛ من ناحية أخرى، فإن قوة القص للمفصل هي المظهر العياني للبنية الدقيقة لخط اللحام، ويتطلب الأمر مزيدًا من المراقبة والتحليل للبنية الدقيقة للمفصل.
خاتمة:
بالنسبة لمواد اللحام من نفس التركيبة، فإن المفصل المصنوع من سبيكة الألومنيوم/النحاس 6063 الذي تم الحصول عليه من خلال عملية اللحام الجديدة له بنية أدق وأكثر كثافة وقوة قص أعلى من المفصل الملحوم في الفرن التقليدي؛ مادة اللحام Zn78A122 على النحاس والألومنيوم تكون قابلية البلل وقوة القص للمفصل أعلى من تلك الموجودة في مفصل اللحام Zn92AI8.
إن بنية وصلة سبائك الألومنيوم/النحاس 6063 باستخدام عملية اللحام الجديدة Zn75Al25 على الجانب الألومنيوم من خط اللحام هي عبارة عن توزيع شبكي أبيض من الترسبات الملفوفة باللون الأسود (ax+ zm) أوتكتيكي؛ والبنية على الجانب النحاسي هي مركب واجهة محلول الألومنيوم الصلب من النحاس والزنك، وبنية z ضخمة بيضاء وبنية شجرية، والباقي عبارة عن عدد كبير من الأوتكتيكي الأسود (ax1+ zm).
يمكن لعملية اللحام الجديدة أن تحقق بشكل فعال لحام وصلات سبائك الألومنيوم 6063 / النحاس الأحمر، مع سهولة التشغيل وكفاءة اللحام العالية وقوة القص العالية للمفاصل، حتى 70.2 نيوتن / مم 2.
