鋁合金缺陷修復(fù)新工藝介紹

　　1、概述

　　批量生產(chǎn)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(jīng)過X光探傷檢測，但是由于結(jié)構(gòu)特征的限制和鑄造缺陷的大小與分布的敏感方向不同，有些缺陷在X光片上不能明顯呈現(xiàn)出來，常常在機(jī)械加工之后發(fā)現(xiàn)，有些直徑微小的穿透性氣孔只能在壓力試驗(yàn)之后發(fā)現(xiàn)。這嚴(yán)重影響到產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度，甚至造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。一些常規(guī)焊補(bǔ)方法均不能很好地滿足技術(shù)要求。為了驗(yàn)證該項(xiàng)新工藝對解決鑄鋁零件機(jī)加后所出現(xiàn)的密封性和外觀缺陷修復(fù)的有效性，尋找出一種鑄鋁件缺陷修復(fù)新途徑，我們進(jìn)行了大量工藝試驗(yàn)和必要的檢測，并形成一套正確的鑄鋁件缺陷修復(fù)工藝規(guī)程。

　　2、金屬表面修補(bǔ)機(jī)的缺陷修復(fù)機(jī)理

　　由于鋁及其合金的化學(xué)活潑性很強(qiáng)，表面極易形成氧化膜，且多屬于難熔性質(zhì)(如Al2O3的熔點(diǎn)約為2050℃，MgO的熔點(diǎn)約為2500℃)加之鋁及其合金導(dǎo)熱性強(qiáng)，焊接時容易造成不熔合現(xiàn)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(shù)大，導(dǎo)熱性又強(qiáng)，焊接時容易產(chǎn)生翹曲變形。這是鋁及其合金焊接時頗感困難的問題。目前熔化焊中最常用的氬弧焊是靠“陰極霧化”作用，將氧化膜破碎，在氬氣的保護(hù)下，使氧化膜不能重新產(chǎn)生。但是在焊接熱處理強(qiáng)化處理后的鋁合金時，近縫區(qū)存在強(qiáng)度大大削弱的現(xiàn)象，也不可避免的會產(chǎn)生翹曲變形。金屬表面修補(bǔ)機(jī)主要用于修復(fù)鑄造缺陷，它有逆變式高頻+脈沖電源、可使焊絲高速旋轉(zhuǎn)的焊槍和控制部分組成。其修復(fù)缺陷的機(jī)理為：利用高頻+脈沖電壓將氣體擊穿形成等離子氣，從而產(chǎn)生溫度可達(dá)6000℃以上的電火花，電火花將可熔性旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)焊絲與母材的機(jī)械摩檫及旋轉(zhuǎn)電場力的綜合作用，使氧化膜破碎，在氬氣的保護(hù)下，使氧化膜不能重新產(chǎn)生，從而完成焊絲與母材的冶金結(jié)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(dǎo)熱性很好，瞬間將輸入的熱量擴(kuò)散并散失到空氣中，基體幾乎不產(chǎn)生溫升，從而基體不會變形，精密鑄鋁件機(jī)械加工后進(jìn)行缺陷的修復(fù)，而不會影響尺寸精度。修補(bǔ)后表面經(jīng)過修銼打磨或機(jī)械加工，外觀可以和基體保持一致。

　　3、修補(bǔ)實(shí)驗(yàn)材料：

　　ZL115 熱處理狀態(tài)：淬火+不完全人工時效焊絲：S311標(biāo)準(zhǔn)鋁硅焊絲試樣形式：試板開槽、開孔后用鑄鋁缺陷修補(bǔ)機(jī)進(jìn)行修補(bǔ)后制取金相試樣。

　　4、金相組織及分析

　　用氬弧焊焊接經(jīng)熱處理強(qiáng)化鋁合金時，焊接熱影響區(qū)大致可分為下列幾個組織區(qū)域：1)半熔化區(qū)(容易產(chǎn)生過燒的區(qū)域)；2)不均勻固熔體區(qū)(固熔體局部分解的粗晶粒區(qū)域)；3)軟化退火區(qū)(過時效區(qū)域)。合金在半熔化區(qū)中的狀況對焊接接頭的性能影響最大。焊接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度基本上就取決于半熔化區(qū)的組織變化。半熔化區(qū)如果產(chǎn)生過燒現(xiàn)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(qiáng)度及塑性。熱處理強(qiáng)化鋁合金接頭在靜拉力試驗(yàn)時，往往是沿著半熔化區(qū)發(fā)生斷裂。合金在半熔化區(qū)中的強(qiáng)度不大于合金焊前強(qiáng)度的50-70℅。在半熔化區(qū)之后的不均勻固熔體區(qū)，其特征是：合金元素在晶粒周圍產(chǎn)生不均勻的集中，晶粒比較粗大。在不均勻固熔體區(qū)之后的軟化退火區(qū)，容易產(chǎn)生粗大晶粒和厚度相當(dāng)大的網(wǎng)狀第二相夾雜物。金屬表面修補(bǔ)機(jī)在進(jìn)行鋁及其合金的缺陷修復(fù)時，由于加在焊絲和母材之間的是瞬時脈沖電流產(chǎn)生瞬時超高溫，使焊絲和母材瞬時熔化瞬間結(jié)晶，它沒有連續(xù)存在的熔池，母材幾乎不產(chǎn)生溫升，從而不存在熱影響區(qū)。它的近縫區(qū)僅僅存在一個半熔化區(qū)。很顯然，在半熔化區(qū)內(nèi)不會產(chǎn)生過燒現(xiàn)象，母材的金相組織沒有明顯變化。

　　5、實(shí)際工件鑄造缺陷修補(bǔ)：

　　有一個ф540、壁厚6毫米的鑄鋁殼體在作0.3MPa氣密試驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)漏氣。在缺陷部位鉆ф6mm深3mm孔，進(jìn)行缺陷修補(bǔ)。焊補(bǔ)參數(shù)：頻率600HZ、占空比45%、輸出幅度41%、轉(zhuǎn)速79%，該殼體先后作10次0.3MPa氣密和0.9 MPa外壓強(qiáng)度試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)有滲漏現(xiàn)象。

　　6、結(jié)果及分析

　　結(jié)果顯示，該新工藝在修補(bǔ)時不像一般的熔焊形成熔池，它是靠電火花將旋轉(zhuǎn)電極即焊絲熔化，同時母材與焊絲接觸部分產(chǎn)生局部熔化形成熔融金屬的冶金結(jié)合。焊縫是非常細(xì)小的樹枝晶狀鑄造組織，基體也是鑄造組織，兩者的差別在于結(jié)晶方向不一樣。根本不存在熱影響區(qū)對母材強(qiáng)度的削弱。由于母材所產(chǎn)生溫升極小，半熔化區(qū)沒有過燒現(xiàn)象，晶粒細(xì)小，不存在氬孤焊中所出現(xiàn)的不均勻固熔化區(qū)和軟化退火區(qū)，不會出現(xiàn)熱裂縫及強(qiáng)度、塑性下降的現(xiàn)象，由于此種焊補(bǔ)工藝不存在熔池，熔融的金屬瞬間熔化、瞬間結(jié)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(jié)晶凝固，片與片之間能否致密結(jié)合與操作者的作業(yè)技巧有一定關(guān)系。

　　7、結(jié)論
　　根據(jù)以上結(jié)果及分析以及我們以前做的拉伸及硬度實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果，證明制件在焊補(bǔ)過程中，不升溫、不變形，基體強(qiáng)度削弱程度微小，符合有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，焊補(bǔ)點(diǎn)金屬致密，無燒痕，補(bǔ)材與母材宏觀一致。我們認(rèn)為采用這種焊補(bǔ)方法進(jìn)行鑄鋁缺陷修補(bǔ)是完全可行的，我們有充分的理由將這種修補(bǔ)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(yīng)用前景。