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粉末冶金焊點力學性能實驗
粉末冶金焊點力學性能實驗
【摘要】本文通過振動試驗研究了粉末冶金焊點力學性能，與鑄鐵焊點對比，經金相形貌觀察，討論了影響焊接性的因素，針對存在的問題提出了預防措施，得到了粉末冶金的焊接性能參數。
研究結果表明：粉末冶金力學性能等效于鑄鐵焊接力學性能，只要能避免在結合面形成氣孔，其焊接性能更穩定，粉末冶金零件具有工程應用價值。
【關鍵詞】粉末冶金上蓋 ; 三點焊 ; 振動試驗 ; 力學性能
1.引言
材料與制造技術的進步使粉末冶金零件取代各種應用的鑄鍛零件日益有吸引力。
有時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。
鑒于粉末冶金的獨特材料組成和能壓制成為復雜幾何形狀，因此，粉末冶金零件生產的靈活性具有巨大經濟優勢。
壓縮機設計的目標將集中在輕量化、改進結構整體性及減低制造與組裝成本上。
滿足設計準則的能力需要制造技術與新材料可達到較高強度，較長耐久性，較好質量及較低成本。
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方法[1]。
現已采用壓縮機中三點焊的連接方法，研究粉末冶金上蓋與結構鋼筒體之間的三點焊接性。
2.試驗材料與方案
2.1 材料與儀器
試驗材料：LG粉末冶金上蓋、鑄鐵上蓋、GQ046Y4筒體、振動金屬板。
試驗儀器：氣體保護焊機、UD?鄄T2000振動試驗臺(SAI90?鄄T2000?鄄53A?鄄ST)。
2.2 試驗方案
將粉末冶金上蓋和鑄鐵上蓋分別在GQ046Y4筒體中進行三點焊接。
制備樣件數量5個，其中編號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臺，夾具與臺面力矩要求88N/m，在水平方向按試驗條件：頻率200Hz，加速度 20g，軸向水平，推力 67KN進行持續4小時振動試驗，每過1小時對樣件焊點進行檢查，查看焊點是否脫落，并記錄數據。
試驗結束后，線切割樣件焊點，通過光學顯微鏡對焊點進行金相分析。
確認粉末冶金焊點的力學性能。
3.試驗結果
3.1 振動試驗結果
振動試驗是讓樣件承受一段給出頻率的正弦振動或承受在一定的時間周期內處于離散的頻率的正弦振動。
是為了了解產品的耐振壽命和性能指標的穩定性，尋找可能引起破壞或失效的薄弱環節，對系統在模擬實際環境的振動、沖擊條件下進行的考核試驗。
振動試驗后，對樣件焊點沿中心線切割，分析結果見表1。
表1. 振動試驗結果
由上表數據可知，在持續4小時的振動試驗后，只有粉末冶金2-5樣件焊點未振脫，鑄鐵兩樣件全部振脫。
可以初步確定粉末冶金三點焊接已達到可以接受的最低焊接強度。
試驗結束后，除了確認焊點是否振脫外，還對樣件的其他部位進行了檢查，結果發現，編號2?鄄4樣件中，鑄鐵上蓋脖子中部已經斷裂。
由于在振動試驗后才發現鑄鐵上蓋振裂，所以無法判斷焊點振脫和上蓋振裂的先后順序，但可以說明本次振動試驗強度已達到壓縮機所能承受的最大值。
4.結果分析與討論
2?鄄1樣件持續一個小時后焊點就振脫，主要是焊接工藝問題，焊偏導致焊縫未充滿，未能與基體形成牢固的結合，而只是靠焊縫局部應力膠合，隨著振動時間的增長，應力漸漸減弱，故造成很快脫落。
由于金屬材料本身存在空隙或夾渣，加之焊接過程中焊料熔渣的影響(熔渣的氧化性增大時，有CO引起的氣孔傾向增加;熔渣的還原性增大時，則氫氣孔的傾向增加)，所以任何材料在焊接過程中，焊點內部都會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合面的有效截面積，破環了焊點熔合區的致密性，降低了接頭的疲勞性。
焊點的熔合區是焊縫和基體金屬的交接過渡區，焊縫和基體有良好的結合在很大程度上決定著焊接接頭的性能。
而氣孔作為應力集中因素，在振動過程中只是加大了焊點脫落的可能性;2.三焊點中有一焊點出現燒穿現象。
可能是由于操作者在焊接電流一定的情況下，焊接速度過慢造成的。
焊縫中有穿孔會嚴重影響焊接接頭的力學性能，也是該樣件焊點振脫的主要原因。
振動試驗后，粉末冶金三點焊2?鄄5樣件焊點完好， 2?鄄3樣件焊點脫落，通過比較兩者金相形貌，分析發現，焊縫-基體結合面的狀態與粉末冶金焊接牢固性有一定關系，結合面無氣孔，提高了焊接結合強度，延長了樣件使用壽命。
綜合考慮，振動樣件焊點強度：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焊接性能等效于鑄鐵上蓋三點焊接性能。
5.結論
(1)本次振動試驗條件可以作為考核壓縮機三點焊強度的參考標準。
(2)粉末冶金三點焊接力學性能等效于鑄鐵上蓋三點焊接力學性能。
(3)通過本次試驗可說明，粉末冶金上蓋應用于壓縮機三點焊是可行的，且具有良好的可靠性。
(4)粉末冶金基體與焊縫結合面存在少許氣孔雖然可以達到本次試驗要求，但對粉末冶金焊接件使用壽命影響較大。
要盡量避免在結合面形成氣孔，進一步提高焊接質量。
參考文獻
[1] 韓鳳麟. 粉末冶金結構零件焊接.粉末冶金技術[J]， 2011，29(3)：224～226。
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