CN103331531B - 一种用于铝合金薄板损伤修复的钎焊焊条及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于铝合金薄板损伤修复的钎焊焊条及其使用方法；用于铝合金薄板裂纹、小孔、划伤等损伤修复。焊条成分及重量百分比为：铝7.0‑11.0%、铜2.0‑3.5%、卤化物4.0‑10.0%、稀土0.05‑0.25%，其余为Zn。该钎料的熔化温度范围为376‑406℃，钎焊时采用火焰对铝合金母材进行加热，待其达到385℃‑420℃时，将焊条在损伤表面及周围以一定角度和速度划擦，焊条与母材表面的切线角度应保持在65°‑75°之间，焊条划擦速度在7cm/s‑12cm/s，通过焊条在损伤区域的熔融、凝固，从而实现铝合金薄板损伤的修复。该焊条钎焊铝合金接头抗拉强度大于240MPa，该焊条无需钎剂，具有操作简单、热影响区小、修复质量高、经济性好，便于携带等特点。

Description

一种用于铝合金薄板损伤修复的钎焊焊条及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种用于铝合金薄板表面损伤修复的钎焊焊条及其使用方法，属于铝合金焊接修复技术领域。

背景技术

铝合金材料因具有密度小、强度高和耐腐蚀等优异特性已在航空航天、远洋货运、能源动力和石油化工等领域得到广泛应用。在高温、高湿、高盐与高压等苛刻环境下服役的铝合金薄板常常由于出现孔洞、划痕、裂纹等损伤而报废。可用于铝合金损伤的修复技术主要有弧焊、气焊、电阻焊、铆接以及粘结技术等，其中钎焊是其重要的修复技术手段之一。但是，目前尚缺乏低熔点、综合性能优异的钎料，同时，由于轻量化为产品所带来的诸多优势，对铝合金制造、修复钎焊的工业需求日益迫切，现有钎焊技术难以满足对结构强度、刚度的技术要求，因此，开发研究高强度铝合金所需的低熔点钎焊材料，就成为修复铝合金构件亟待解决的核心技术之一。

目前，铝合金中低温钎焊材料的研究主要有Al-Ge、In-Ge-Si、Al-Cu-Si、Ag-Al-Cu、Zn-Al、Sn-Pb等材料，但大都存在工艺性不好或钎焊性能差等不足，难以满足工业需求。近年来有研究者采用快速冷凝工艺并通过在钎料中添加稀土、Mg、Ti等元素的方法获得了组织均匀、浸润性和流动性更为优异的钎料，有效提高了钎焊质量和力学强度，但存在制备工艺不成熟、性能不稳定以及钎焊工艺性差等不足。因此，研究开发一种无需钎剂、工艺性好、操作简单和修复性能良好的钎焊焊条就成为铝合金钎焊修复中亟需解决的问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术存在的问题而设计提供了一种铝合金薄板损伤修复用的钎焊焊条及其使用方法，其目的是解决铝合金薄板损伤的修复问题，保证良好的工艺操作性和优异的力学性能，钎焊温度为385℃-420℃。

本发明的目的通过以下措施来实现：

该铝合金钎焊焊条，其特征在于：钎焊焊条的化学成分及其质量百分比是：铝7.0%-11.0%、铜2.0%-3.5%、卤化物4.0-10.0%、稀土0.05-0.25%，其余为Zn，所述的卤化物是氯化锌、氯化锂、氟化铝、氟化钾、氟化锌混合物，所述的稀土为锆、钪、铒混合物。该钎焊焊条制备工艺流程为：原料处理→混合→合金熔炼→快速凝固→锭坯→拉拔成材→精整定尺。该钎料的熔化温度范围为376-406℃。修复时，首先采用火焰将铝合金母材加热到385℃-420℃，将焊条在损伤表面及周围以一定角度和速度划擦，焊条与母材表面的切线角度应保持在65°-75°之间，焊条划擦速度在7cm/s-12cm/s，通过焊条在损伤区域的熔融、凝固，从而实现铝合金薄板损伤的修复。该钎焊焊条钎焊铸铝合金接头抗拉强度大于240MPa，该焊条具有操作简单、热影响区小、修复质量高、经济性好，便于携带等特点。

该铝合金钎焊设备主要由可燃气瓶1、导气管2、温度显示与状态指示与面板3、红外探测器9、加热枪10、气体调节阀11、温度显示与状态指示面板固定架12等组成，其中温度显示与状态指示面板主要由温度显示液晶屏4，红5、绿6和黄色7三个LED灯，电源开关8等组成。其温度监测控制单元采用ATMGEA88，温度显示采用LCD5110手机屏。液晶屏参数为72*48，点阵式，红外传感器为YLMA-500。钎焊状态指示标示分别采用红、绿和黄色LED灯来标示。当钎焊状态指示红色标示灯亮时，表示损伤区域的温度低于钎焊所需温度，正在加热；绿色标示灯亮时，表示损伤区域的温度已达到钎焊所需温度，可以施焊；黄色标示灯亮时，表示此区域温度过高，需将钎焊枪偏离待钎焊区域。损伤区域的温度检测通过红外温度传感器YLMA-500获取。

本发明的优点：

(1)采用本发明所研制的设备进行焊接时，待焊接区域的温度可通过液晶显示屏实时显现，同时，对低温、钎焊温度、高温等状态采用红、绿、黄指示灯进行状态标示，使得钎焊过程更简单直观。

(2)无需钎剂，钎焊时直接采用焊条在损伤区域划擦即可实现修复，操作步骤简化，钎焊效率提高。

(3)本发明所制备的钎焊修复层力学性能好，接头抗拉伸强度可达到240MPa。

附图说明

附图1为钎焊设备。

具体实施方式

本发明通过如下措施来实现：

实施例1：

钎焊材料主要化学成分及其质量百分比为：铝7.0%、铜2.0%、氯化锌4.0%、铒0.05%，其余为Zn。采用原料处理→混合→合金熔炼→快速凝固→锭坯→拉拔成材→精整定尺工艺制备出焊条，用于铝合金表面裂纹(裂纹长度3.0-15.0mm)的钎焊修复。修复工艺按以下顺序进行：

(1)采用洁净的钢丝刷对裂纹区域进行擦刷，或用240^#砂纸对其打磨，直至新鲜基体露出。

(2)采用400^#砂纸对焊条表面进行打磨。

(3)将温度显示与状态指示面板上的电源开关置于开启位置。

(4)检查气体流量调节器旋钮是否处于关闭位置，如不是，将其调整到关闭，然后开启燃气瓶阀门。

(5)调节气体流量调节器旋钮，采用火柴或打火机将其点燃，并将火焰在裂纹区域均匀移动，然后缓慢增大气体流量，注意火焰请勿对准人体或它物。

(6)观察温度显示与状态指示面板上的温度显示，待显示温度达到385℃（此时状态指示由红灯变为绿灯）。

(7)将焊条以一定角度、一定速度在裂纹区域划擦，焊条与裂纹表面的角度约为65°，运动速度约为7cm/s。

(8)在焊条端部滑过基材表面区域会有有光亮金属水渍样出现，随着焊条划擦的进行，水渍样不断扩大，直到裂纹被完全覆盖。

(9)采用钢丝刷对裂纹表面区域进行擦刷，随后用焊条再在其表面划擦一遍，待金属液滴凝固冷却，即完成了裂纹的修复。

(10)修复完毕后，将气体流量调节器旋至关闭位置，关闭燃气瓶阀门。

(11)将温度显示与状态指示面板上的电源开关置于关闭位置。

(12)用锉刀或砂纸对裂纹修复表面进行打磨处理。

(13)修复过程中应避免火焰直接对焊条灼烧。

(14)修复过程中如果状态指示灯变为黄色时，应迅速将焊枪移开裂纹区域。

采用上述材料制备配方和修复工艺，以铝合金为母材，按照国标GB/T11363-2008要求制备试样，所获得的钎焊接头抗拉强度达到247MPa。

实施例2：

钎焊材料主要化学成分及其质量百分比为：铝7.0%、铜2.0%、氯化锌4.0%、铒0.05%，其余为Zn。采用原料处理→混合→合金熔炼→快速凝固→锭坯→拉拔成材→精整定尺工艺制备出焊条，用于铝合金表面裂纹(裂纹长度3.0-15.0mm)的钎焊修复。修复过程中焊条与裂纹表面的角度约为65°，运动速度约为12cm/s，其余工艺与实施例1相同。采用上述材料配方和钎焊工艺，以铝合金为母材，按照国标GB/T11363-2008制备标准试样，所获得的钎焊接头抗拉强度达到253MPa。

实施例3：

钎焊材料主要化学成分及其质量百分比为：铝7.0%、铜2.0%、氯化锌4.0%、铒0.05%，其余为Zn。采用原料处理→混合→合金熔炼→快速凝固→锭坯→拉拔成材→精整定尺工艺制备出焊条，用于铝合金表面裂纹(裂纹长度3.0-15.0mm)的钎焊修复。修复过程中焊条与修复表面的角度约为75°，运动速度约为12cm/s，其余工艺与实施例1相同。采用上述材料配方和钎焊工艺，以铝合金为母材，按照国标GB/T11363-2008制备标准试样，所获得的钎焊接头抗拉强度达到243MPa。

实施例4：

钎焊材料主要化学成分及其质量百分比为：铝7.0%、铜2.0%、氯化锌4.0%、铒0.05%，其余为Zn。采用原料处理→混合→合金熔炼→快速凝固→锭坯→拉拔成材→精整定尺工艺制备出焊条，用于铝合金表面裂纹(裂纹长度3.0-15.0mm)的钎焊修复。修复过程中焊条与修复表面的角度约为75°，运动速度约为7cm/s，其余工艺与实施例1相同。采用上述材料配方和钎焊工艺，以铝合金为母材，按照国标GB/T11363-2008制备标准试样，所获得的钎焊接头抗拉强度达到251MPa。

实施例5：

钎焊材料主要化学成分及其质量百分比为：铝11.0%、铜3.5%、氯化锌1.5%、氯化钙1.5%、氯化钾1.5%、氯化锂1.5%、氟化铝1.5%、氟化钾1.5%、氟化锌1.0%、铒0.15%、钪0.10%，其余为Zn。采用原料处理→混合→合金熔炼→快速凝固→锭坯→拉拔成材→精整定尺工艺制备出焊条，用于铝合金表面小孔(孔径不大于10mm)进行修复。修复过程中焊条与小孔表面的角度约为75°，运动速度约为12cm/s，其余工艺与实施例1相同。采用上述材料配方和钎焊工艺，以铝合金为母材，按照国标GB/T11363-2008制备标准试样，所获得的钎焊接头抗拉强度达到256MPa。

实施例6：

钎焊材料主要化学成分及其质量百分比为：铝11.0%、铜3.5%、氯化锌1.5%、氯化钙1.5%、氯化钾1.5%、氯化锂1.5%、氟化铝1.5%、氟化钾1.5%、氟化锌1.0%、铒0.15%、钪0.10%，其余为Zn。采用原料处理→混合→合金熔炼→快速凝固→锭坯→拉拔成材→精整定尺工艺制备出焊条，用于铝合金表面小孔(孔径不大于10mm)进行修复。修复过程中焊条与小孔表面的角度约为65°，运动速度约为7cm/s，其余工艺与实施例1相同。采用上述材料配方和钎焊工艺，以铝合金为母材，按照国标GB/T11363-2008制备标准试样，所获得的钎焊接头抗拉强度达到261MPa。

实施例7：

钎焊材料主要化学成分及其质量百分比为：铝8.0%、铜2.5%、氯化锌1.0%、氯化钙2.5%、氯化锂1.5%、氟化铝0.5%、钪0.05%、铈0.05%、铒0.10%，其余为Zn。采用原料处理→混合→合金熔炼→快速凝固→锭坯→拉拔成材→精整定尺工艺制备出焊条，用于铝合金表面划伤进行修复。修复过程中焊条与小孔表面的角度约为70°，运动速度约为10cm/s，其余工艺与与实施例1相同。采用上述材料配方和钎焊工艺，以铝合金为母材，按照国标GB/T11363-2008制备标准试样，所获得的钎焊接头抗拉强度达到257MPa。

Claims (2)

1.一种用于铝合金薄板损伤修复的钎焊焊条，其特征在于，其成分组成为：

卤化物是指氯化锌、氯化钙、氯化钾、氯化锂、氟化铝、氟化钾、氟化锌中的一种或其混合物，所述的稀土为铈、镧、钪、铒中的一种或几种。

2.应用权利要求1所述的用于铝合金薄板损伤修复的钎焊焊条的方法，其特征在于：

以铝合金为母材，通过可燃气体的燃烧对母材加热，待母材温度达到385℃-420℃范围时，用所制备的焊条在母材损伤周围以一定角度和速度划擦，焊条与母材表面的切线角度应保持在65°-75°之间，焊条划擦速度在7cm/s-12cm/s；通过焊条在损伤区域的熔融、凝固，从而实现铝合金薄板损伤的修复。