Соединение алюминия - Aluminum joining

Алюминиевые сплавы часто выбираются из-за их высокого отношения прочности к весу, коррозия сопротивление, низкая стоимость, высокая тепловой и электрическая проводимость. Есть множество методов присоединиться к алюминию в том числе механический крепеж, сварка, склеивание, пайка, пайка и сварка трением с перемешиванием (FSW) и т. д. В зависимости от стоимости и прочности соединения используются различные методы. Кроме того, можно выполнять комбинации процессов, чтобы обеспечить средства для трудных для соединения сборок и уменьшить определенные ограничения процесса.

Крепеж механический

Пример алюминиевой панели самолета

Простой и дешевый способ соединения алюминия - использование механических крепежных элементов (например, болтов и гаек). Обычно в основном материале просверливается отверстие и внутрь помещается крепеж. Этот тип соединения требует наличия некоторого материала внахлест для соединения. Можно использовать алюминиевые заклепки или болты и гайки; однако для приложений с высокими напряжениями потребуется крепежный материал более высокой прочности, такой как сталь. Это могло привести к гальваническая коррозия из разных материалов с различным электрохимическим потенциалом. Значительная коррозия со временем ослабит сборку и, возможно, приведет к поломке. Кроме того, использование различных материалов может привести к термическая усталость растрескивание от разных коэффициенты теплового расширения. Поскольку сборка постоянно нагревается, напряжения могут увеличиваться и увеличивать монтажное отверстие. Обычное применение механических креплений - это клепка алюминиевых панелей на экстерьеры самолетов.^[1]

Склеивание

Алюминий можно соединять с помощью различных клеев. Алюминий может потребовать некоторой подготовки поверхности и пассивация чтобы удалить с поверхности любые нежелательные химические вещества. Пассивация может быть такой же простой, как медицинский спирт или ультразвуковая очистка. Перед склеиванием необходимо провести сухую посадку, чтобы убедиться в правильности установки компонентов. Адгезивы могут потребовать тепла, давления или того и другого во время отверждения; однако нанесение клея следует проводить в соответствии с инструкциями производителя клея.^[2]

Подготовка поверхности

Наночастицы оксида алюминия, полученные биополимерной минерализацией

Для хорошего клеевого соединения необходима некоторая подготовка поверхности. Производится очистка поверхности от любых загрязнений. Поверхность соединяемых деталей можно отшлифовать абразивом, например наждачной бумагой. Это обеспечивает сцепление неровностей на поверхности и увеличивает площадь поверхности для склеивания. Также может потребоваться химическая обработка для увеличения поверхностной энергии адгезива и удаления оксидного слоя. Оксид алюминия слабо связан с нижележащим металлическим алюминием, и без его удаления клеевой шов резко ослабляется. Слои оксидов могут отделяться от металлической подложки и являются ключевым принципом теории разрушения клея, слабого пограничного слоя Бикермана. Одним из способов упрочнения оксидного слоя и предотвращения разрушения оксида в подложке является анодирование материала. Анодирование создает прочный гексагональный оксидный слой с дополнительной площадью поверхности для клеевого соединения.

Тип клея

Выбор клея может быть продиктован стоимостью, прочностью и необходимой пластичностью. Любитель обычно использует цианоакрилат (супер клей), эпоксидная смола, или же JB Weld. Силиконовый может также использоваться там, где необходима гидроизоляция.

Сварка

ВМС США 101018-N-6362C-056 Техник по обслуживанию корпуса 3-го класса Кристофер Пиццино ремонтирует сварку алюминиевой лодки на несущем хвосте.

Большинство алюминиевых сплавов можно соединить сваркой; однако некоторые авиационные алюминиевые и другие специальные сплавы нельзя сваривать обычными методами. Алюминий обычно сваривают газовой дуговой сваркой (GMAW) и газовой вольфрамовой дугой (GTAW). Из-за слоя оксида алюминия необходима положительная полярность, чтобы разрушить поверхность, чтобы обеспечить надлежащую сварку. Переменный ток (AC) также используется для получения преимуществ отрицательной полярности, которая обеспечивает проплавление и достаточную положительную полярность для сварки без защитной оболочки. Для получения более подробной информации о параметрах сварки конструкционные коды сварки алюминия можно найти в AWS D1.2.^[3] Сварка алюминия обычно создает смягченную область в металле шва и зоне термического влияния. Для получения приемлемого материала для применения могут потребоваться дополнительные термические обработки.^[4] Промышленная сварка также часто используется при соединении алюминия: сварка трением с перемешиванием, лазерная сварка, и ультразвуковая сварка являются одними из многих используемых процессов.

Пайка и пайка

Автомобильный радиатор соединен пайкой.

Алюминий можно паять или припаять практически к любому материалу, включая бетон, керамику или дерево. Пайку и пайку можно применять вручную или с помощью автоматизированной техники. Ручная пайка алюминия может быть затруднена из-за отсутствия заметного изменения цвета перед плавлением. Подобно другим технологиям, прочный оксид алюминия может препятствовать правильному соединению. Для ослабления оксидов можно использовать сильные кислоты и основания или можно использовать агрессивные флюсы. Припои для алюминия должны иметь относительно низкую температуру плавления, которая ниже температуры плавления алюминия (660 ° C). Кроме того, алюминиевые сплавы с высоким магний содержимое может «отравить» флюсы и снизить температуру плавления, что может привести к ослаблению соединения. В некоторых случаях алюминиевые детали можно плакировать другим материалом и паять с использованием более распространенной техники и присадочного материала. Паяные соединения требуют нахлеста деталей. Количество перекрытий может сильно повлиять на прочность стыка.^[5]

Сварка трением с перемешиванием

Сварка трением с перемешиванием представляет собой процесс соединения в твердом состоянии, в котором используется нерасходуемый инструмент для соединения двух торцевых деталей без плавления материала детали.^[6][7] Тепло генерируется трением между вращающимся инструментом и материалом детали, что приводит к размягчению области около ЖСБ инструмент. Пока инструмент перемещается вдоль линии соединения, он механически перемешивает два куска металла и выковывает горячий и размягченный металл под действием механического давления, которое прикладывается инструментом, подобно соединению глины или теста.^[7] В основном он использовался на кованых или экструдированных алюминий и особенно для конструкций, которым требуется очень высокая прочность сварного шва.

Рекомендации

1. Боненбергер, Пол Р. (2005). Первое руководство по Snap-Fit. 6915Valley Avenue, Цинциннати, Огайо 45244-3029, США: Hanser Gardner Publications, Inc. ISBN  1-56990-388-3.
2. Поций, Альфонс В. (2012). Адгезия и адгезивные технологии: введение. 6915 Valley Avenue, Цинциннати, Огайо 45244-3029, США: Hanser Publications. ISBN  978-3-446-43177-5.
3. Общество, Американская сварка. «AWS D1.2, Правила сварки конструкций - алюминий: Сертификация: Американское общество сварки». www.aws.org. Получено 2018-04-03.
4. Липпольд, Джон С. (2015). Сварка, металлургия и свариваемость. Нью-Джерси: John Wiley & Sons Inc. ISBN  978-1-118-23070-1.
5. Комитет C3 Американского сварочного общества (AWS) по пайке и пайке (2011 г.). РУКОВОДСТВО ПО BRAZING, 5-е ИЗДАНИЕ. 550 Н.З. LeJeune Road, Майами, Флорида 33126: Американское общество сварки. ISBN  978-0-87171-046-8.
6. Ли, Кун; Джаррар, Фирас; Шейх-Ахмад, Джамал; Озтюрк, Фахреттин (2017). «Использование связанной формулировки Эйлера с лагранжианом для точного моделирования процесса сварки трением с перемешиванием». Разработка процедур. 207: 574–579. Дои:10.1016 / j.proeng.2017.10.1023.
7. «Процесс сварки и его параметры - Сварка трением с перемешиванием». www.fswelding.com. Получено 2017-04-22.