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粉末冶金结构件是如何进行相关的焊接连接的?

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  • 发布时间:2022-07-28 09:28
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【概要描述】适用于粉末冶金结构件的连接工艺可分为固态和液态。固态工艺如扩散结合和钎焊主要用于低密度多孔部件。相比之下,密度较高或孔隙率较低的零件通常被视为致密锻造材料,这些零件通常通过基于熔化的连接工艺进行焊接,包括电弧焊,即气体钨极电弧焊、气体金属电弧焊、电子束焊和激光焊。

粉末冶金结构件是如何进行相关的焊接连接的?

【概要描述】适用于粉末冶金结构件的连接工艺可分为固态和液态。固态工艺如扩散结合和钎焊主要用于低密度多孔部件。相比之下,密度较高或孔隙率较低的零件通常被视为致密锻造材料,这些零件通常通过基于熔化的连接工艺进行焊接,包括电弧焊,即气体钨极电弧焊、气体金属电弧焊、电子束焊和激光焊。

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  适用于粉末冶金结构件的连接工艺可分为固态和液态。固态工艺如扩散结合和钎焊主要用于低密度多孔部件。相比之下,密度较高或孔隙率较低的零件通常被视为致密锻造材料,这些零件通常通过基于熔化的连接工艺进行焊接,包括电弧焊,即气体钨极电弧焊、气体金属电弧焊、电子束焊和激光焊。在某些应用中,可以使用其他连接技术,如粘合和热收缩配合,但这里不考虑这些技术。

  

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  一、电弧焊

  粉末冶金结构件的电弧焊可能会产生气孔,并对焊接完整性产生不利影响。生坯(不致密)的气体保护金属极电弧焊会导致多孔焊缝和焊趾开裂,这可能是由于原粉末冶金结构件的延展性低造成的。正如所料,粉末冶金结构件的密度和成分会影响焊接过程中的气孔倾向。

  另外,铁基粉末冶金结构件的焊接,由于冷却缓慢,会形成软珠光体组织。这是因为多孔性降低了导热性,导热性可以让应变适应,否则应变会导致裂纹。此外,氢可以从金属中扩散出来,进入并穿过相互连通的孔洞,从而降低了制造氢裂纹的敏感性,因此烧结钢被认为比锻钢更耐磨。

  对于含铁的粉末冶金结构件,还值得一提的是,当进行蒸汽处理(将零件加热至约550的温度并将其暴露于水蒸气中)时,会在外表面和互连孔隙的表面上形成一层薄薄的Fe3O,从而提高耐腐蚀性、增加表面硬度、抗压强度和耐磨性。然而,含铁烧结部件的这种或类似的烧结后热处理会妨碍令人满意的焊接。问题是产生的氧化膜,稍有孔隙,可能含有水分,有绝缘作用,所以可能是焊接金属气孔的来源,也是焊接裂纹的潜在原因。粉末冶金结构件

  电弧焊(GTAW和GMAW)也已经尝试用于有色金属基质复合材料系统,例如碳化硅颗粒增强铝。焊接金属和热影响区中总孔隙和分层非常频繁。据说铝合金的基体中虽然有大量的颗粒,但很多金属基复合材料是可以焊接的,其可焊性与铝相似。

  二、激光焊接

  粉末冶金结构件的激光焊接有其优势,因为它是一个高度自动化的过程,提供了精度和控制。焊接速度可达每分钟几米,热输入低,热影响区小,热变形和残余应力有限。

  然而,在烧结钢部件的激光焊接中通常会观察到各种缺陷,如气孔,这可能是由于在快速凝固过程中气体不能离开熔体而滞留所致。同时,在烧结钢零件的激光焊接中观察到氢裂纹和中碳零件的冷热裂纹。一位作者建议使用填充焊丝来防止所有这些缺陷,尽管添加填充焊丝在激光焊接中是一个额外的复杂性。低碳钢(通常高达0.3%)可以令人满意地进行激光焊接。只要两种成分的碳含量低,烧结钢部件可以被激光焊接到锻造部件上。而中碳钢(通常含碳0.3-0.6%)的激光焊接似乎比较困难,因为快速冷却会在接头处形成坚硬、脆弱、敏感的马氏体组织。预热可能有助于诱导具有一些细珠光体的更软的贝氏体显微组织,这将增加韧性,从而提高接头的缺陷容限并降低对氢开裂的敏感性。

  气体渗碳钢和油淬钢被认为是难以焊接的,因为孔隙中夹带的油和气体可能形成大量孔隙。在其他地方,已经注意到,可以在较低的行进速度和较低的束功率下产生平滑和不间断的焊接。光束激光焊接技术会抑制气孔,增加金属液的宽深比有利于焊接区气泡的逸出。

  烧结奥氏体不锈钢(316L级)的激光焊接非常容易,并且产生良好的接头。在烧结铝合金的试验中,由于气孔的存在,很难获得良好的接头,从而导致海绵焊接。据信氧化是可能的原因。当氧化物比金属吸收更多的激光能量时,可能会出现局部热点。另一种可能性是氧化物吸收焊接过程中释放的水。


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