Metodi di valutazione comuni per la qualità della saldatura per attrito-agitazione di getti in lega di alluminio pressofusi
La saldatura per attrito-agitazione può attualmente saldare una vasta gamma di materiali, come leghe di alluminio, leghe di magnesio, rame, titanio, acciaio inossidabile e persino materiali compositi. Attualmente, questo processo è ampiamente utilizzato nei controlli elettronici, negli alloggiamenti di ricarica o negli alloggiamenti dei controller di dominio nei veicoli a nuova energia. Inoltre, poiché l'area della saldatura per attrito-agitazione coinvolge canali d'acqua, i problemi di qualità come i difetti di saldatura portano a perdite e frequenti problemi di mercato. Pertanto, metodi efficaci di rilevamento e valutazione per la qualità della saldatura per attrito-agitazione (FSW) fusioni in lega di alluminio sono particolarmente importanti. La scelta di metodi di rilevamento e valutazione efficaci richiede inoltre un'attenta valutazione delle caratteristiche del materiale, dei tipi di difetto, dei requisiti di processo e degli scenari applicativi.
Attualmente, i metodi di rilevamento e valutazione comunemente utilizzati per la qualità della saldatura per attrito-agitazione dei gusci di fusione trifase sono i seguenti:
🔍Tipi di difetti comuni
- 1 Difetti interni: fori, saldature incomplete, difetti a tunnel, inclusioni di ossido, ecc.
- 2 Difetti superficiali: scanalature, bave, crepe superficiali.
- 3 Difetti microscopici: ingrossamento dei grani e rammollimento della zona termicamente alterata.
⚙️Metodi e principi di rilevamento
Attualmente, per rilevare la qualità delle saldature mediante attrito-agitazione, si utilizzano comunemente gusci pressofusi a controllo elettronico, di carica o di dominio, come ad esempio l'ispezione visiva, i controlli non distruttivi (raggi X, phased array), i controlli distruttivi, i requisiti di tenuta all'aria della saldatura e i controlli di fresatura a strati.
Ciascun metodo di rilevamento è descritto in dettaglio di seguito:
1️⃣ Ispezione visiva
1) L'ispezione visiva e i requisiti devono essere eseguiti in conformità alla norma ISO 17637 o agli standard estetici del cliente per il cordone di saldatura. L'aspetto, le dimensioni, la posizione e le condizioni attuali della saldatura devono essere conformi ai requisiti specificati nei disegni e nelle norme pertinenti.
2) Sulla superficie di saldatura non sono ammessi solchi superficiali né difetti di penetrazione sul lato posteriore.
3) Non sono ammessi gravi difetti di collasso della saldatura sulla superficie del cordone. Se dopo la saldatura si esegue una lavorazione meccanica e la profondità del difetto di collasso sulla superficie del cordone non supera il sovrametallo di lavorazione, il difetto è accettabile. Si raccomanda di controllare il sovrametallo di lavorazione del cordone di saldatura. Se non è possibile eseguire alcuna lavorazione, si consiglia di evitarla per non danneggiare lo strato superficiale denso e causare il rischio di perdite.
4) Non sono ammessi difetti di bava gravi sulla superficie di saldatura. Per bave lievi che non danneggiano lo spessore del pezzo, è possibile rimuoverle mediante Lavorazione CNC o macinare.
5) Differenza di altezza dei prodotti saldati: ≤0,2 mm; spazio tra due prodotti saldati prima della saldatura: entro 0,05 mm su un lato; deformazione dopo la saldatura: ≤0,4 mm; offset della saldatura: ≤0,4 mm;
2️⃣ Prove non distruttive
Metodo di verifica: Le saldature possono essere sottoposte a controlli non distruttivi conformemente alla norma ISO 17636 utilizzando metodi di controllo volumetrico non distruttivi appropriati (controllo con liquidi penetranti, radiografia o controllo a ultrasuoni).
Criteri di valutazione: Non sono presenti tunnel o fori evidenti che possano compromettere le prestazioni di saldatura;
2.1 Ispezione penetrante
Principio: L'azione capillare viene utilizzata per consentire al rivelatore di penetrare nei difetti superficiali e di essere visualizzato attraverso il rivelatore stesso.
Applicabilità: Rilevamento di microfratture superficiali (>1μm), solo difetti di apertura.
Tempistiche di applicazione: In genere, la superficie è stata chiaramente confermata. Viene utilizzata per verificare se è penetrata. Viene utilizzata principalmente per l'analisi dei problemi; non è comunemente utilizzata nel processo di produzione di massa in fabbrica delle leghe di alluminio. parti pressofuse.
2.2 Rilevamento a ultrasuoni
Principio: Le onde sonore ad alta frequenza si propagano nei materiali e la posizione e le dimensioni dei difetti vengono determinate tramite i segnali riflessi.
Tecnologia migliorata: I principali vantaggi del controllo a ultrasuoni phased array sono l'elevata precisione, la capacità di scansione multi-angolo e la sensibilità ai difetti complessi, con una risoluzione fino a 0,1 mm.
Applicabilità: Il rilevamento di difetti interni (come fori, saldature incomplete) richiede un agente accoppiante e la superficie deve essere liscia.
Attualmente, alcuni produttori di apparecchiature originali (OEM) o fabbriche di componenti di primo livello hanno implementato test al 100% sugli alloggiamenti dei controlli elettronici o sugli alloggiamenti di ricarica.
2.3 Rilevamento a raggi X
Principio: I raggi X vengono utilizzati per penetrare i materiali e rivelare difetti interni tramite immagini su pellicola o digitali.
Applicabilità: Consente l'imaging tridimensionale dei difetti (come fori e inclusioni), ma la risoluzione delle crepe più piccole è limitata.
Frequenza di ispezione: 3 pezzi/primo pezzo e ispezione/sostituzione dell'utensile e collaudo annuale.
Nota: Attualmente, alcuni produttori di apparecchiature originali (OEM) o fabbriche di componenti di primo livello hanno implementato test al 100% sugli alloggiamenti dei controlli elettronici o sugli alloggiamenti di ricarica.
2.4 Tomografia computerizzata industriale
Principio: La proiezione a raggi X multi-angolo ricostruisce la struttura tridimensionale e analizza con precisione la distribuzione dei difetti.
Applicabilità: Analisi dei difetti interni ad alta precisione, costo elevato, adatta ai laboratori.
Frequenza delle ispezioni: verifica dei processi, analisi dei problemi o test annuali.
Scopo: Viene utilizzato principalmente per analizzare la posizione, le dimensioni e la porosità di pori specifici, e anche per confrontare e confermare l'efficacia e la precisione del rilevamento dei difetti tramite raggi X.
3️⃣ Rilevamento della tenuta all'aria della saldatura
I test di tenuta all'aria più comuni si basano principalmente su test con gas o elio. Tuttavia, a causa della precisione limitata dei test con gas, i problemi di tenuta presenti sul mercato non possono essere identificati efficacemente, pertanto la maggior parte dei test attualmente utilizza il rilevamento con elio.
Gli standard specifici per l'ispezione dell'elio sono formulati sulla base di scenari applicativi reali. Tra i più comuni figurano: concentrazione di elio ≥80%, il resto è azoto, pressione assoluta di 3,2 bar; vuoto nella camera: 20 Pa; temperatura ambiente tra 15 °C e 45 °C; tempo di gonfiaggio: 20 s, tempo di prova: 10 s.
Criterio di giudizio: volume di perdita ≤5*10-6mbar L/s
Frequenza di rilevamento: 100%.
Nota: Il rapporto di densità tra elio e azoto o argon è correlato al criterio di valutazione.
4️⃣ Test distruttivi
4.1 Rilevamento della fresatura a strati
Metodo di verifica: Posizionare il prodotto saldato sul dispositivo CNC, eseguire la lavorazione a strati CNC lungo la traccia di saldatura, 0,5 mm/0,2 mm 1 volta/giorno (cambio utensile) 0,2 mm, fresatura a strati 15 volte.
Criteri di valutazione: Non sono presenti tunnel o fori evidenti che possano compromettere la tenuta.
Frequenza delle ispezioni: 1 pezzo/primo pezzo/cambio utensile e test annuale
Scopo: Principalmente per confermare la profondità e le dimensioni specifiche degli stomi. Ogni strato di fresatura deve essere verificato visivamente e fotografato per la documentazione.
4.2 Analisi metallografica
Principio: Intercettare la sezione di saldatura, osservare la microstruttura (dimensione del grano, distribuzione dei difetti) dopo la lucidatura e la mordenzatura.
Scopo: Per valutare il grado di rammollimento, la ricristallizzazione dinamica e i difetti microscopici nella zona termicamente alterata. Vengono inoltre solitamente utilizzati metodi metallografici per confermare l'effettiva penetrazione della saldatura e l'eventuale disallineamento del cordone di saldatura.
Criteri di valutazione: La granulometria della zona termicamente alterata non deve essere significativamente aumentata per evitare un degrado delle prestazioni causato dall'ammorbidimento. La penetrazione della saldatura è conforme agli standard di progetto e l'offset è conforme ai requisiti.
Frequenza delle ispezioni: 1 pezzo/per turno/per cambio utensile, verifica preliminare del processo, analisi dei problemi o test di tipo annuale.
Nota: Il punto di penetrazione più profondo non coincide necessariamente con il punto centrale della saldatura.
4.3 Prove sulle proprietà meccaniche
Prova di trazione: misura la resistenza e l'allungamento della saldatura per determinare se le proprietà del materiale di base sono state raggiunte.
Prova di piegatura: valuta la duttilità della saldatura e la qualità del legame.
Prova di durezza: Analizzare le variazioni di durezza nella zona termicamente alterata per valutare il grado di rammollimento.
Criteri di valutazione: Soddisfare gli standard tecnici del cliente o raggiungere oltre l'80% delle prestazioni del materiale di base (generalmente definite in base agli scenari applicativi); i test possono essere condotti secondo la norma ISO 4136.
Frequenza di ispezione: 1 cambio pezzo/utensile, verifica iniziale del processo, prova di tipo annuale.
📌Suggerimenti sulla scelta del metodo
Ispezione rapida online: ispezione visiva + correnti parassite/ultrasuoni + rilevamento difetti X
Analisi di laboratorio complete: tomografia computerizzata industriale + metallografia + prove meccaniche.
Scenari ad alta richiesta come quello aerospaziale: PAUT + CT industriale + test di fatica.
⚠️Precauzioni
Caratteristiche dei pezzi pressofusi in lega di alluminio: la porosità originale presente nel corpo del pezzo pressofuso può influire sulla qualità della saldatura FSW e deve essere combinata con un'ispezione preliminare a raggi X.
Trattamento superficiale: pulire lo strato di ossido superficiale prima del test per evitare interferenze con i risultati delle correnti parassite/penetrazione.
Adattamento standard: Regolare i parametri di rilevamento facendo riferimento agli standard di settore (come ISO 4063 per il settore automobilistico, NAS 410 per il settore aeronautico).