CN104107974A - 一种铸造铝合金材料的低热量断续脉冲冷补修复方法 - Google Patents

一种铸造铝合金材料的低热量断续脉冲冷补修复方法 Download PDF

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滕家绪
沈维
张庆
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王一波
霍晓静
王望龙
殷凤良
孔锋
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Abstract

一种铸造铝合金材料的低热量断续脉冲冷补修复方法，其特征在于：电流为断续脉冲电流，调节范围为0～220A，脉冲间隔为1～10s，占空比为5％～15％，应用Te为活性剂，采用氩气保护，氩气流量为5～12L/min。本发明可用来常规焊接不宜应用的铸造铝合金材料。

Description

一种铸造铝合金材料的低热量断续脉冲冷补修复方法
技术领域
本发明涉及一种铸造铝合金材料的断续脉冲冷补修复方法。 
背景技术
铸造铝合金具有密度小、加工性能好、导电性好、价格适中等特点，在电力、电信线缆、航空、航天、舰船等领域的应用日益广泛。另外，此类合金铸造性能良好，流动性强，收缩率较低，吸气倾向小，气密性良好，热裂倾向小，高温力学性能好，被广泛用做电动机壳体、变速箱箱体、汽缸体等零部件。目前，铸造铝合金零部件在使用过程中，极易出现磨损、腐蚀、沟槽、划伤、凹坑等失效，对此缺乏行之有效的应急快速焊修方法，降低了使用寿命，在很大程度上制约了铝合金零部件快速维修保障技术的发展和水平的提高。 
自从20世纪90年代以来，不断涌现出一些新的焊接技术和手段，如活性焊接法、激光-电弧焊、电子束焊等，这些技术具有以下突出的特点：(1)生产效率高；(2)焊接过程稳定；(3)易于实现焊接自动化，应用领域广。因此，这些技术在铝合金零部件制造及维修中得到了广泛应用，使铝合金零部件的制造及维修水平迈上了新的台阶。但是，采用以上焊接方式，在铸造铝合金表面极易被氧化生成Al2O3薄膜，此氧化膜熔点高、结构致密，焊接时难以破碎，并且焊后容易产生气孔、夹杂、裂纹等缺陷，降低了力学性能。采用普通脉冲氩弧焊，由于焊修过程中热输入较大，焊修后零部件中存在较高残余应力，易使工件出现变形，不能充分发挥材料的性能。对于激光-电弧焊、电子束焊，设备昂贵，一次性投资大，而且这些技术设备体积大，携带不方便，工作环境要求高。 
采用断续脉冲焊接技术，调节交流脉冲氩弧焊的工艺参数，减少过多的能量输入，能够使焊修材料和工件迅速熔结在一起，达到冶金结合。采用控制占空比的方式来调节电源的能量输入，致使焊修过程有一个短暂的冷却过程，热量累积较少，整个热影响区的温度上升比较平缓，基体温度较低，修复层所形 成的晶粒比较细小，有效地减小了薄壁类零件修复时产生的形变。同时在焊修过程中有氩气在电弧周围形成气体保护层，防止了空气对钨极、熔池及邻近热影响区的不利影响。 
发明内容
本发明研制一种面向铸造铝合金钢材料的断续脉冲冷补修复方法，它解决了当前常用铝合金修复工艺(如活性焊接法、激光-电弧焊、电子束焊等)对铸造铝合金钢材料零部件修复时产生的系列问题。本发明的修复方法是：在断续脉冲冷补修复过程中，通过调节占空比等工艺参数，由主机电源输出脉冲信号，自制的送丝机构实现精确送丝，氩气由保护气体装置输送；脉冲将保护气体氩气击穿，形成电弧，并通过储存于电容器中的电能在瞬间通过脉冲电弧的形式释放于钨极与工件之间，再利用钨电极与工件间产生的高能稳定脉冲电弧热快速熔化母材和填充焊丝，使其迅速熔结在一起，达到冶金结合，从而实现工件表面尺寸的修复。其具体参数指标为：脉冲电流调节范围为0～220A，脉冲间隔为1～10s，占空比为5％～15％，应用Te为活性剂，采用氩气保护，氩气流量为5～12L/min。 
附图说明
图1为断续交流脉冲冷补技术原理示意图。图2为断续交流脉冲电源波形图。图3为焊修后的修复层组织形貌图。 
图中：1为断续交流脉冲，2为断续时间。 
具体实施方式
采用断续脉冲焊修电源，并配用相应的送丝机构。试验时，焊枪及送丝嘴利用一套特制的二维夹具固定垂直于直线自动控制工作台的正上方，此二维夹具可以在一定的空间内独立的调整焊枪和送丝嘴的水平及竖直方位。焊接之前，先将自动控制工作台调至水平，并将工作台清理干净；再将清洗后的基体水平置于工作台上。调整二维夹具，确保焊枪的钨极头与从送丝嘴处送出的焊丝处于同一平面内。竖直方向移动焊枪至距基体3mm处，即确保电弧长度为3mm且固定不变。修复过程中，固定焊枪及焊丝位置不变，工作台做水平运动(即相当于工件固定不动，焊枪及焊丝水平移动)。启动水平工作台，先燃弧，后送丝；修复至一定长度后，停止送丝，再熄弧，最后停止工作台运动。 
图3是工艺参数为电流190A，占空比分别为10％和0，脉冲周期5.0s，焊接速度0.8mm/s，送丝速度5mm/s，氩气流量10L/min时，所得的修复层显微组织形态。由图3可看出：修复层是典型的铸态组织；修复层晶粒都是由等轴晶组成，并且晶粒较为细小致密，晶界增多。这是由于晶粒的大小主要是通过控制凝固过程中的形核率和长大速度来实现的，晶粒的大小随形核率的增大而减小，而使晶粒细化的主要途径是增加过冷度，提高凝固过程的冷却速度。在焊修过程中，由于焊丝吸收了大量的热量而熔化，同时在每个脉冲过程中存在间隙，而且存在保护气的冷却作用，同时铝合金导热系数大，散热快，促进了修复层金属的快速凝固结晶，从而导致了修复层的晶粒细化。 

Claims (2)

1.一种铸造铝合金材料的低热量断续脉冲冷补修复方法，其特征在于：电流为断续脉冲电流，调节范围为0～220A，脉冲间隔为1～10s，占空比为5％～15％，应用Te为活性剂，采用氩气保护，氩气流量为5～12L/min。
2.按照权利要求1所述铸铝合金材料的低热量断续脉冲冷补修复方法，其特征在于：电流为断续脉冲电流，调节范围为170～210A，脉冲间隔为3～7s，占空比为8％～12％，应用Te为活性剂，采用氩气保护，氩气流量为8～11L/min。
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