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藥芯鋁焊絲的制造技術(shù) 船用鋁板
發(fā)布時(shí)間:2021-12-10
前言
鋁及其合金在工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì )生活中的應用日益廣泛,由于比重小、導電導熱性好、鑄造性和機械加工性?xún)?yōu)良,鋁在現代工業(yè)材料中的重要作用不可替代。
與黑色金屬相比,鋁的焊接比較困難,尤其是硬鋁、超硬鋁和鑄鋁。鋁的焊接工藝性差主要表現在氧化膜難去除。
烏克蘭巴頓焊接研究所60年代初期在焊接鈦合金時(shí)發(fā)明了活性焊劑,當時(shí)是在金屬表面涂一層薄薄的混合物,涂層的主要作用是壓縮電弧,而不是對熔池產(chǎn)生化學(xué)作用。美國愛(ài)迪生焊接研究所(EWI)于90年代開(kāi)始了活性焊劑的研制,并在海軍連接中心(NJC)的資助下,由EWI和其他的一些成員進(jìn)行了工藝評定,目前在美國活性焊劑已獲得商業(yè)上的應用。英國TWI焊接研究所已把應用活性焊劑作為研究核心展開(kāi)較基本的研究。
活性焊劑的主要作用是壓縮電弧,而不是對熔池產(chǎn)生化學(xué)作用,但是利用焊劑活性破碎或還原鋁的氧化膜也是可行的。藥芯鋁焊絲就是釬料,本身含有某些活性元素,這些元素能起到釬劑作用。
還原劑與Al2O3反應后的產(chǎn)物是AlCl3和AlxFy, AlCl3可以轉變?yōu)闅怏w蒸發(fā)掉,AlCl3蒸發(fā)過(guò)程中同時(shí)破碎Al2O3薄膜;AlxFy是復合鹽,流動(dòng)性好,密度小于鋁,浮于焊縫表面和邊緣,色澤呈淺灰色。
使用藥芯鋁焊絲焊接鋁合金可以節約能源、提高生產(chǎn)效率,尤其在提高焊縫質(zhì)量方面成效顯著(zhù);谒幮鋁焊絲的TIG正極性焊接工藝,與傳統的交流TIG焊相比有很多優(yōu)點(diǎn),比如焊縫外觀(guān)平整、光滑、熔深深、夾渣少、幾乎無(wú)氣孔等特點(diǎn)。
1藥芯鋁焊絲的制造技術(shù)
藥芯鋁焊絲的制造技術(shù)可以借鑒鋼藥芯焊絲的制造方法,鋼藥芯焊絲的制造過(guò)程包含軋制、拔絲、后處理和層繞等幾個(gè)工序。無(wú)縫藥芯焊絲的原材料為成盤(pán)的鋼管,鋼管可以是無(wú)縫鋼管,也可以是焊接鋼管。
管狀焊條法制造藥芯焊絲是先把藥芯粉末混勻燒結成燒結焊劑形態(tài),然后填入鋼管(16-25mm)中通過(guò)振動(dòng)使藥芯填實(shí),再經(jīng)軋、粗拔、退火、細拔、鍍銅、層繞等工序制出成品。研究過(guò)程中曾經(jīng)試驗過(guò)這種方法,將還原劑與合金粉裝入鋁管中,軋制-拉拔-擴散退火,較終形成管狀焊條。其主要問(wèn)題是生產(chǎn)效率低,藥粉填充系數不穩定。
鑄造法是將還原粉加入鋁合金鑄錠中,充分壓實(shí)后形成藥芯錠?壳安桨砚F料制成多孔性的鑄造毛坯,然后把蜂窩狀坯料浸入活性焊劑溶液中,使溶液浸入坯料中的空隙。鑄錠冷卻后再進(jìn)行擠壓。這種方法的工藝關(guān)鍵在于活性焊劑的預處理和添加工藝。
機械合金化法是根據粉末冶金的原理將粉狀原料進(jìn)行混和、壓制、擠壓。其工藝過(guò)程是將還原粉、鋁粉,其他添加金屬粉充分混合,在一定溫度下對混合金屬粉加壓,使其形成有一定強度的粉錠,在可控氣氛中保溫、加壓使粉錠形成“釬焊錠”,較終擠壓成材并用滾模拉絲的方法減徑。
層流擠壓法是利用連續鑄造和等溫擠壓技術(shù)制造藥芯焊絲,連鑄技術(shù)可以獲得組織均勻、成分穩定的“蓮藕”鑄錠,等溫擠壓技術(shù)可以獲得填充系數穩定的藥芯焊絲毛坯。
2藥芯焊絲的錠坯連鑄和等溫擠壓
層流擠壓法是將內含活性焊劑的鋁焊料鑄錠以層流流動(dòng)的形式擠壓變形,不含其他組元的鋁焊料以連鑄形式鑄成多孔鑄錠,鑄錠的外徑和內孔尺寸恒定,將活性焊劑填充到內孔中并壓實(shí)。
經(jīng)過(guò)壓實(shí)的含有活性焊劑的焊料錠有以下幾個(gè)特點(diǎn):在不同橫截面上,焊劑與焊料比例恒定;活性焊劑內可以添加增強顆粒(如SiC)以形成復合材料;焊劑被焊料充分包敷。
層流擠壓工藝的技術(shù)關(guān)鍵是焊劑與焊料的順序流動(dòng),形成順序流動(dòng)的條件是兩種材料流變特性的一致性,材料的流變特性與溫度和壓應力相關(guān),調整擠壓溫度和擠壓力可以使兩種不同材料的流變特性相近,設計合理的擠壓模形狀可以使兩種材料始終以層流形式穩定變形。
研究過(guò)程中采用的是等溫擠壓技術(shù),在特定擠壓溫度和擠壓速度條件下可以獲得橫截面穩定、填充系數均勻的藥芯焊絲。
3藥芯焊絲的拉拔與層繞
與實(shí)芯焊絲相比,藥芯鋁焊絲的內部組織的主要特點(diǎn)如下:藥芯呈散沙狀、無(wú)粘度、無(wú)塑性,藥芯的變形和流動(dòng)主要靠周?chē)牧献冃螘r(shí)產(chǎn)生的擠壓力和摩擦力;焊絲變形能力明顯減小。
在藥芯焊絲的拉拔過(guò)程中,焊絲的變形分成兩部分,一部分是金屬的塑性變形,另一部分是內部藥粉的流動(dòng)和體積壓縮,這兩種變形相互作用、相互影響。金屬塑性變形能力決定了拉拔能否連續進(jìn)行,藥芯的流變行為和體積壓縮程度關(guān)系到藥芯焊絲填充系數是否穩定,進(jìn)而影響藥芯焊絲的使用和焊接過(guò)程的穩定。
由于藥芯的存在,藥芯焊絲的有效橫截面積比實(shí)芯焊絲小的多,所以藥芯焊絲拉拔過(guò)程中的斷絲現象普遍存在。優(yōu)化拉拔過(guò)程中焊絲變形方式是改善藥芯鋁焊絲拉拔加工性的有效途徑,研究中采用的輥模拉拔技術(shù)改善了焊絲變形方式,明顯提高了焊絲變形能力。
拉拔到成品尺寸的藥芯焊絲用層繞技術(shù)繞制成盤(pán)。
4結論
(1)研究過(guò)的藥芯鋁焊絲的制造方法有四種,其中層流擠壓法較有工業(yè)應用前景。
(2)連鑄技術(shù)可以獲得組織均勻、成分穩定的“蓮藕”鑄錠,等溫擠壓技術(shù)可以獲得填充系數穩定的藥芯焊絲毛坯。
(3)輥模拉拔保證了藥芯的均勻變形,超精刮技術(shù)保證了焊絲的清潔性,層繞技術(shù)保證了焊接過(guò)程中焊絲指向的穩定性。
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5083鋁合金是高鎂合金,在不可熱處理合金中強度良好,耐蝕性、可切削性良好。陽(yáng)極化處理后表面美觀(guān)。電弧焊性能良好。5083合金中的主要合金元素為鎂,具有良好的抗蝕性與可焊接性能,以及中等強度。優(yōu)良的抗腐蝕性能使5083合金廣泛用于海事用途如船舶,以及汽車(chē)、飛機焊接件、地鐵輕軌。
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