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之后發(fā)現(xiàn)。這嚴(yán)重影響到產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)進度,甚至造成巨大經(jīng)濟損失。一些常規(guī)焊補方法均不能很好地滿足技術(shù)要求。為了驗證該項新工藝對解決鑄鋁零件機加后所出現(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,我們進行了大量工藝試驗和必要的檢測,并形成一套正確的鑄鋁件缺陷修復(fù)工藝規(guī)程。
2、金屬表面修補機的缺陷修復(fù)機理
由于鋁及其合金的化學(xué)活潑性很強,表面極易形成氧化膜,且多屬于難熔性質(zhì)(如Al2O3的熔點約為2050℃,MgO的熔點約為2500℃)加之鋁及其合金導(dǎo)熱性強,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,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,在氬氣的保護下,使氧化膜不能重新產(chǎn)生。但是在焊接熱處理強化處理后的鋁合金時,近縫區(qū)存在強度大大削弱的現(xiàn)象,也不可避免的會產(chǎn)生翹曲變形。金屬表面修補機主要用于修復(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,精密鑄鋁件機械加工后進行缺陷的修復(fù),而不會影響尺寸精度。修補后表面經(jīng)過修銼打磨或機械加工,外觀可以和基體保持一致。
3、修補實驗材料:
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機進行修補后制取金相試樣。
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度及塑性。熱處理強化鋁合金接頭在靜拉力試驗時,往往是沿著半熔化區(qū)發(fā)生斷裂。合金在半熔化區(qū)中的強度不大于合金焊前強度的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。金屬表面修補機在進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、實際工件鑄造缺陷修補:
有一個ф540、壁厚6毫米的鑄鋁殼體在作0.3MPa氣密試驗時發(fā)現(xiàn)漏氣。在缺陷部位鉆ф6mm深3mm孔,進行缺陷修補。焊補參數(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外壓強度試驗,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)熱裂縫及強度、塑性下降的現(xiàn)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(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驗的數(shù)據(jù)結(jié)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(guān)國家標(biāo)準(zhǔn),焊補點金屬致密,無燒痕,補材與母材宏觀一致。我們認(rèn)為采用這種焊補方法進行鑄鋁缺陷修補是完全可行的,我們有充分的理由將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(yīng)用前景。
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