藥芯鋁焊絲的制造技術

　　前言

　　鋁及其合金在工業生產和社會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優良，鋁在現代工業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發明了活性焊劑，當時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，而不是對熔池產生化學作用。美國愛迪生焊接研究所(EWI)于90年代開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行了工藝評定，目前在美國活性焊劑已獲得商業上的應用。英國TWI焊接研究所已把應用活性焊劑作為研究核心展開最基本的研究。


　　活性焊劑的主要作用是壓縮電弧，而不是對熔池產生化學作用，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反應后的產物是AlCl3和AlxFy, AlCl3可以轉變為氣體蒸發掉，AlCl3蒸發過程中同時破碎Al2O3薄膜；AlxFy是復合鹽，流動性好，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、提高生產效率，尤其在提高焊縫質量方面成效顯著。基于藥芯鋁焊絲的TIG正極性焊接工藝，與傳統的交流TIG焊相比有很多優點，比如焊縫外觀平整、光滑、熔深深、夾渣少、幾乎無氣孔等特點。


　　1藥芯鋁焊絲的制造技術

　　藥芯鋁焊絲的制造技術可以借鑒鋼藥芯焊絲的制造方法，鋼藥芯焊絲的制造過程包含軋制、拔絲、后處理和層繞等幾個工序。無縫藥芯焊絲的原材料為成盤的鋼管，鋼管可以是無縫鋼管，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，然后填入鋼管(16-25mm)中通過振動使藥芯填實，再經軋、粗拔、退火、細拔、鍍銅、層繞等工序制出成品。研究過程中曾經試驗過這種方法，將還原劑與合金粉裝入鋁管中，軋制-拉拔-擴散退火，最終形成管狀焊條。其主要問題是生產效率低，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，充分壓實后形成藥芯錠。第一步把釬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。鑄錠冷卻后再進行擠壓。這種方法的工藝關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行混和、壓制、擠壓。其工藝過程是將還原粉、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”，最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制造藥芯焊絲，連鑄技術可以獲得組織均勻、成分穩定的“蓮藕”鑄錠，等溫擠壓技術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。


　　經過壓實的含有活性焊劑的焊料錠有以下幾個特點：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關鍵是焊劑與焊料的順序流動，形成順序流動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，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。


　　研究過程中采用的是等溫擠壓技術，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

　　與實芯焊絲相比，藥芯鋁焊絲的內部組織的主要特點如下：藥芯呈散沙狀、無粘度、無塑性，藥芯的變形和流動主要靠周圍材料變形時產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行，藥芯的流變行為和體積壓縮程度關系到藥芯焊絲填充系數是否穩定，進而影響藥芯焊絲的使用和焊接過程的穩定。


　　由于藥芯的存在，藥芯焊絲的有效橫截面積比實芯焊絲小的多，所以藥芯焊絲拉拔過程中的斷絲現象普遍存在。優化拉拔過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繞制成盤。


　　4結論

　　(1)研究過的藥芯鋁焊絲的制造方法有四種，其中層流擠壓法最具工業應用前景。


　　(2)連鑄技術可以獲得組織均勻、成分穩定的“蓮藕”鑄錠，等溫擠壓技術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，超精刮技術保證了焊絲的清潔性，層繞技術保證了焊接過程中焊絲指向的穩定性。

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