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上海鋁型材修複新工藝

作者: 時間:2019-05-2270 次浏覽

1、概述  

批量生産(Produce)的低壓薄壁容器,零件大部分采用ZL115壓差鑄造毛坯。雖然鑄件經過X光探傷檢測,但是由于結構特征的限制和鑄造缺陷的大小與分布的敏感(感覺敏銳)方向不同,有些缺陷在X光片上不能明顯呈現出來,常常在機械加工之後發現,有些直徑微小的穿透性氣孔隻能在壓力試驗之後發現。這嚴重影響到産品質量(Quality)和生産進度(Pace),甚至造成巨大經濟(jīng jì)損失(loss)。一些常規焊補方法均不能很好地滿足技術要求。為了驗證該項新工藝對解決鑄鋁(Al)零件機加後所出現的密封性和外觀缺陷修複的有效性,尋找出一種鑄鋁件缺陷修複新途徑,我們進行了大量工藝試驗和必要的檢測,并形成一套正确的鑄鋁件缺陷修複工藝規程。 
2、金屬表面修補機的缺陷修複機理  
由于鋁(Al)及其合金(alloy)的化學活潑性很強,表面極易形成氧(Oxygen)化膜,且多屬于難熔性質(如Al2O3的熔點約為2050℃,MgO的熔點約為2500℃)加之鋁及其合金導熱性強,焊接時容易造成不熔合現象。由于氧化膜比重同鋁的比重極其接近,所以也容易成為焊縫金屬的夾雜物。同時鋁及其合金的線脹系數大,導熱性又強,焊接時容易産生翹曲變形。這是鋁及其合金焊接時頗感困難的問題。目前熔化(定義:物質由固态變成液态的變化過程)焊中最常用的氩弧焊是靠 ;陰極霧化 ;作用,将氧化膜破碎,在氩氣的保護下,使氧化膜不能重新産生。但是在焊接熱處理強化處理後的鋁型材時,近縫區存在強度(strength)大大削弱的現象,也不可避免的會産生翹曲變形。金屬表面修補機主要用于修複鑄造缺陷,它有逆變式高頻+脈沖電源、可使焊絲高速旋轉的焊槍和控制部分組成。其修複缺陷的機理為:利用高頻+脈沖電壓将氣體擊穿形成等離子氣,從而産生溫度(temperature)可達6000℃以上的電火花,電火花将可熔性旋轉電極(即焊絲)瞬間(10-5—10-6秒)和與其接觸的母材同時熔化,依靠瞬間高溫和旋轉焊絲與母材的機械摩檫及旋轉電場力的綜合作用,使氧化膜破碎,在氩氣的保護下,使氧化膜不能重新産生,從而完成焊絲與母材的冶煉金屬結合。由于電火花作用時間短,與焊絲直接接觸的母材局部熔化,鋁的導熱性很好,瞬間将輸入的熱量擴散并散失到空氣中,基體幾乎不産生溫升,從而基體不會變形,精密(precise)鑄鋁件機械加工後進行缺陷的修複,而不會影響(influence)尺寸精度(度)。修補後表面經過修锉打磨或機械加工,外觀可以和基體保持一緻。 
3、修補實驗(experiment)材料:
ZL115 熱處理狀态:淬火+不完全人工時效(Prescription)焊絲:S311标準鋁矽(silicon)焊絲試樣形式:試闆開槽、開孔後用鑄鋁缺陷修補機進行修補後制取金相試樣。 
4、金相組織及分析   
用氩弧焊焊合經熱處理(chǔ lǐ)強化鋁(Al)型材時,焊接熱影響區大緻可分為下列幾個組織區域:1)半熔化區(容易産生過燒的區域);2)不均勻固熔體區(固熔體局部分解的粗晶粒區域);3)軟化退火(annealing)區(過時效區域)。合金在半熔化區中的狀況對焊接接頭的性能影響更大。焊接結構的強度基本上就取決于半熔化區的組織變化。半熔化區如果産生過燒現象,不僅更加促使在此部位形成熱裂縫,而且大大降低接頭的強度及塑性。熱處理強化鋁型材接頭在靜拉力試驗時,往往是沿着半熔化區發生斷裂。合金在半熔化區中的強度不大于合金焊前強度的50-70℅。在半熔化區之後的不均勻固熔體區,其特征是:合金元素在晶粒周圍産生不均勻的集中,晶粒比較粗大。在不均勻固熔體區之後的軟化退火區,容易産生粗大晶粒和厚度相當大的網狀第二相夾雜物。金屬表面修補機在進行鋁及其合金的缺陷修複時,由于加在焊絲和母材之間的是瞬時脈沖電流産生瞬時超高溫,使焊絲和母材瞬時熔化瞬間結晶,它沒有連續存在的熔池,母材幾乎不産生溫升,從而不存在熱影響區。它的近縫區僅僅存在一個半熔化區。很顯然,在半熔化區内不會産生過燒現象,母材的金相組織沒有明顯變化。 
5、實際工件鑄造缺陷修補:  
有一個ф540、壁厚6毫米的鑄鋁(Al)殼體在作0.3MPa氣密試驗時發現漏氣。在缺陷部位鑽ф6mm深3mm孔,進行缺陷修補。焊補參數:頻率600H
  Z、占空比45%、輸出幅度41%、轉速79%,該殼體先後作10次0.3MPa氣密和0.9 MPa外壓強度試驗,未發現有滲漏現象。紡織鋁配件強度是産品設計時必須考慮的重要因素,成其是鋁合金組件作為組件時,應根據所承受的壓力,選擇适當的合金。純鋁強度更低,而2系及7系熱處理型合金度更高,硬度和強度有一定的下相關系。工業鋁材是一種以鋁為主要成份的合金材料,鋁棒通過熱熔,擠壓從而得到不同截面形狀的鋁材料,但添加的合金的比例不同,生産出來的工業鋁型材的機械性能和應用領域也不同。執行标準按GB/T5237.1-2004。
 
6、結果及分析  
結果顯示,該新工藝在修補時不像一般的熔焊形成熔池,它是靠電火花将旋轉電極(electrode)即焊絲熔化,同時母材與焊絲接觸部分産生局部熔化形成熔融金屬的冶金結合。焊縫是非常細小的樹枝晶狀鑄造組織,基體也是鑄造組織,兩者的差别在于結晶方向不一樣。根本不存在熱影響區對母材強度(strength)的削弱。由于母材所産生溫升極小,半熔化區沒有過燒現象,晶粒細小,不存在氩孤焊中所出現的不均勻固熔化區和軟化退火區,不會出現熱裂縫及強度、塑性下降(descend)的現象,由于此種焊補工藝不存在熔池,熔融的金屬瞬間熔化、瞬間結晶,時間非常短(μms級),盡管有瞬時高溫,也不會引起母材盡寸 
精度的變化,但是由于熔敷金屬是一片一片熔化,一片一片結晶凝固,片與片之間能否緻密結合與操作者的作業技巧(Skill)有一定關系。
7、結論  
根據以上結果及分析以及我們以前做的拉伸及硬度(Hardness)實驗的數據結果,證明制件在焊補過程中,不升溫、不變形,基體強度削弱程度微小,符合有關标準,焊補點金屬緻密,無燒痕,補材與母材宏觀一緻。工業鋁材是一種以鋁為主要成份的合金材料,鋁棒通過熱熔,擠壓從而得到不同截面形狀的鋁材料,但添加的合金的比例不同,生産出來的工業鋁型材的機械性能和應用領域也不同。執行标準按GB/T5237.1-2004。我們認為采用這種焊補方法進行鑄鋁缺陷修補是完全可行的,我們有充分的理由将這種修補方法定義為一種新型的熔焊方法,這種新型的熔焊方法,具有極其廣闊的推廣應用前景。