鋁合金缺陷修復新工藝介紹

　　1、概述

　　批量生產的低壓薄壁容器，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，常常在機械加工之后發現，有些直徑微小的穿透性氣孔只能在壓力試驗之后發現。這嚴重影響到產品質量和生產進度，甚至造成巨大經濟損失。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零件機加后所出現的密封性和外觀缺陷修復的有效性，尋找出一種鑄鋁件缺陷修復新途徑，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工藝規程。

　　2、金屬表面修補機的缺陷修復機理

　　由于鋁及其合金的化學活潑性很強，表面極易形成氧化膜，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，焊接時容易產生翹曲變形。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生。但是在焊接熱處理強化處理后的鋁合金時，近縫區存在強度大大削弱的現象，也不可避免的會產生翹曲變形。金屬表面修補機主要用于修復鑄造缺陷，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。其修復缺陷的機理為：利用高頻+脈沖電壓將氣體擊穿形成等離子氣，從而產生溫度可達6000℃以上的電火花，電火花將可熔性旋轉電極(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，在氬氣的保護下，使氧化膜不能重新產生，從而完成焊絲與母材的冶金結合。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，瞬間將輸入的熱量擴散并散失到空氣中，基體幾乎不產生溫升，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，而不會影響尺寸精度。修補后表面經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：淬火+不完全人工時效焊絲：S311標準鋁硅焊絲試樣形式：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

　　用氬弧焊焊接經熱處理強化鋁合金時，焊接熱影響區大致可分為下列幾個組織區域：1)半熔化區(容易產生過燒的區域)；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最大。焊接結構的強度基本上就取決于半熔化區的組織變化。半熔化區如果產生過燒現象，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。熱處理強化鋁合金接頭在靜拉力試驗時，往往是沿著半熔化區發生斷裂。合金在半熔化區中的強度不大于合金焊前強度的50-70℅。在半熔化區之后的不均勻固熔體區，其特征是：合金元素在晶粒周圍產生不均勻的集中，晶粒比較粗大。在不均勻固熔體區之后的軟化退火區，容易產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復時，由于加在焊絲和母材之間的是瞬時脈沖電流產生瞬時超高溫，使焊絲和母材瞬時熔化瞬間結晶，它沒有連續存在的熔池，母材幾乎不產生溫升，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，在半熔化區內不會產生過燒現象，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毫米的鑄鋁殼體在作0.3MPa氣密試驗時發現漏氣。在缺陷部位鉆ф6mm深3mm孔，進行缺陷修補。焊補參數：頻率600HZ、占空比45%、輸出幅度41%、轉速79%，該殼體先后作10次0.3MPa氣密和0.9 MPa外壓強度試驗，未發現有滲漏現象。

　　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，它是靠電火花將旋轉電極即焊絲熔化，同時母材與焊絲接觸部分產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，兩者的差別在于結晶方向不一樣。根本不存在熱影響區對母材強度的削弱。由于母材所產生溫升極小，半熔化區沒有過燒現象，晶粒細小，不存在氬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，片與片之間能否致密結合與操作者的作業技巧有一定關系。

　　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，符合有關國家標準，焊補點金屬致密，無燒痕，補材與母材宏觀一致。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用前景。