粉末冶金焊点力学性能实验
粉末冶金焊点力学性能实验
【摘要】本文通过振动试验研究了粉末冶金焊点力学性能，与铸铁焊点对比，经金相形貌观察，讨论了影响焊接性的因素，针对存在的问题提出了预防措施，得到了粉末冶金的焊接性能参数。
研究结果表明：粉末冶金力学性能等效于铸铁焊接力学性能，只要能避免在结合面形成气孔，其焊接性能更稳定，粉末冶金零件具有工程应用价值。
【关键词】粉末冶金上盖 ; 三点焊 ; 振动试验 ; 力学性能
1.引言
材料与制造技术的进步使粉末冶金零件取代各种应用的铸锻零件日益有吸引力。
有时往往需要将粉末冶金零件相互连接或与其它材料相连接，制成一体零件。
鉴于粉末冶金的独特材料组成和能压制成为复杂几何形状，因此，粉末冶金零件生产的灵活性具有巨大经济优势。
压缩机设计的目标将集中在轻量化、改进结构整体性及减低制造与组装成本上。
满足设计准则的能力需要制造技术与新材料可达到较高强度，较长耐久性，较好质量及较低成本。
粉末冶金零件能全面满足这些要求，因此，粉末冶金零件正在不断地替代汽车制造中使用的各种其它生产方法[1]。
现已采用压缩机中三点焊的连接方法，研究粉末冶金上盖与结构钢筒体之间的三点焊接性。
2.试验材料与方案
2.1 材料与仪器
试验材料：LG粉末冶金上盖、铸铁上盖、GQ046Y4筒体、振动金属板。
试验仪器：气体保护焊机、UD?鄄T2000振动试验台(SAI90?鄄T2000?鄄53A?鄄ST)。
2.2 试验方案
将粉末冶金上盖和铸铁上盖分别在GQ046Y4筒体中进行三点焊接。
制备样件数量5个，其中编号2?鄄1、2?鄄3、2?鄄5为粉末冶金上盖，2?鄄2、2?鄄4为铸铁上盖。
将样件用夹具固定于试验台，夹具与台面力矩要求88N/m，在水平方向按试验条件：频率200Hz，加速度 20g，轴向水平，推力 67KN进行持续4小时振动试验，每过1小时对样件焊点进行检查，查看焊点是否脱落，并记录数据。
试验结束后，线切割样件焊点，通过光学显微镜对焊点进行金相分析。
确认粉末冶金焊点的力学性能。
3.试验结果
3.1 振动试验结果
振动试验是让样件承受一段给出频率的正弦振动或承受在一定的时间周期内处于离散的频率的正弦振动。
是为了了解产品的.耐振寿命和性能指标的稳定性，寻找可能引起破坏或失效的薄弱环节，对系统在模拟实际环境的振动、冲击条件下进行的考核试验。
振动试验后，对样件焊点沿中心线切割，分析结果见表1。
表1. 振动试验结果
由上表数据可知，在持续4小时的振动试验后，只有粉末冶金2-5样件焊点未振脱，铸铁两样件全部振脱。
可以初步确定粉末冶金三点焊接已达到可以接受的最低焊接强度。
试验结束后，除了确认焊点是否振脱外，还对样件的其他部位进行了检查，结果发现，编号2?鄄4样件中，铸铁上盖脖子中部已经断裂。
由于在振动试验后才发现铸铁上盖振裂，所以无法判断焊点振脱和上盖振裂的先后顺序，但可以说明本次振动试验强度已达到压缩机所能承受的最大值。
4.结果分析与讨论
2?鄄1样件持续一个小时后焊点就振脱，主要是焊接工艺问题，焊偏导致焊缝未充满，未能与基体形成牢固的结合，而只是靠焊缝局部应力胶合，随着振动时间的增长，应力渐渐减弱，故造成很快脱落。
由于金属材料本身存在空隙或夹渣，加之焊接过程中焊料熔渣的影响(熔渣的氧化性增大时，有CO引起的气孔倾向增加;熔渣的还原性增大时，则氢气孔的倾向增加)，所以任何材料在焊接过程中，焊点内部都会有或多或少的气孔形成，是不可避免的。
分析粉末冶金上盖焊接样件2?鄄3焊点振脱的原因：1.粉末冶金基体与焊缝界面存在气孔，气孔的存在减少了结合面的有效截面积，破环了焊点熔合区的致密性，降低了接头的疲劳性。
焊点的熔合区是焊缝和基体金属的交接过渡区，焊缝和基体有良好的结合在很大程度上决定着焊接接头的性能。
而气孔作为应力集中因素，在振动过程中只是加大了焊点脱落的可能性;2.三焊点中有一焊点出现烧穿现象。
可能是由于操作者在焊接电流一定的情况下，焊接速度过慢造成的。
焊缝中有穿孔会严重影响焊接接头的力学性能，也是该样件焊点振脱的主要原因。
振动试验后，粉末冶金三点焊2?鄄5样件焊点完好， 2?鄄3样件焊点脱落，通过比较两者金相形貌，分析发现，焊缝-基体结合面的状态与粉末冶金焊接牢固性有一定关系，结合面无气孔，提高了焊接结合强度，延长了样件使用寿命。
综合考虑，振动样件焊点强度：2?鄄5>2?鄄2≥2?鄄3，2?鄄4>2?鄄1，表明粉末冶金上盖三点焊接性能等效于铸铁上盖三点焊接性能。
5.结论
(1)本次振动试验条件可以作为考核压缩机三点焊强度的参考标准。
(2)粉末冶金三点焊接力学性能等效于铸铁上盖三点焊接力学性能。
(3)通过本次试验可说明，粉末冶金上盖应用于压缩机三点焊是可行的，且具有良好的可靠性。
(4)粉末冶金基体与焊缝结合面存在少许气孔虽然可以达到本次试验要求，但对粉末冶金焊接件使用寿命影响较大。
要尽量避免在结合面形成气孔，进一步提高焊接质量。
参考文献
[1] 韩凤麟. 粉末冶金结构零件焊接.粉末冶金技术[J]， 2011，29(3)：224～226。
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