铝药芯焊丝制造及应用技术的研究进展
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１ 龙伟民 粉末合成钎料的探讨［Ｊ］ 机械工程学报 ２００１ ３７ １０ １０７ １０９ ２ 张启运 ＮＯＣＯＬＯＫ 铝钎剂研究的进展与延伸［Ａ］． 第十届全国钎焊与扩散焊技术交流会论文集［Ｃ］ １９９８ ３ Ｈ．Ｄ．Ｓｏｌｏｍｏｎ Ａ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｂｒａｚｅｄ Ｊｏｉｎｔ Ｆａｔｉｇｕｅ Ｂｅｈａｖｉｏｒ［Ｊ］ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｊ，２００１，（６） １４８
４ 铝药芯焊丝的应用前景
目前 药芯铝焊丝的制造技术日趋成熟 郑州机械研究所
已具备工业化生产该钎料的基本条件 与普通钎料相比 药芯
铝焊丝的材料成本比较高 但其综合工艺成本并不高 用药芯
药芯铝焊丝的金相组织 ４００
铝焊丝替代部分铝钎料的经济可行性已经通过生产验证
为成功的推动药芯铝焊丝在铝钎焊中的应用 应着重解决以下几个问题
药芯焊丝分有缝和无缝两类 有缝药芯焊丝易吸湿受潮表面生锈 包装上须采取可靠的防潮措 施 以确保质量 不影响使用 无缝药芯焊丝由于表面无缝 可以镀铜 药芯在管内不受潮 有良 好的焊接工艺性能 是进行自动焊的理想材料
无论是有缝药芯焊丝还是无缝药芯焊丝 其制造过程都包含轧制 拔丝 后处理和层绕等几个 工序 但其制造原理有很大差别 有缝药芯焊丝中的药芯是在焊丝轧制时在线添加的 而无缝药芯 焊丝中的药芯是在焊丝轧制前装入钢管的
铝的活性焊剂 TIG 焊是利用药芯铝焊丝, 药芯铝焊丝是钎料本身含有某些活性物质 这些物质 能起到活性钎剂作用 这种药芯铝焊丝加有可以溶解 Al2O3 并与氧化膜反应的还原剂 在焊接温度
区间可以防止接头在钎焊过程中氧化并还原焊缝内的氧化物 同时可以改变液态钎料的物理性能 改善钎料对母材的润湿性
药芯焊丝焊接铝合金时可以采用正极性 TIG 焊 直流正极性 TIG 焊的焊接工艺性好 优于同类 型的实芯焊丝 焊接的铝合金接头有表面光滑 无褶皱 无气孔等特点 但焊缝表面不如用交流焊 接的焊缝那样亮 因为焊缝表层 尤其是两侧 覆盖一层灰色残留物 这层残留物并不表示有任何 未熔合或存在气孔或夹杂物 而残留层很容易用铜丝刷清除
１５６ ４ 龙伟民 ＴＩＧ 正接焊接铝合金［Ａ］ 中国机械工程学术会议论文集［Ｍ］ 北京 机械工业出版社 ２００１ ５ 龙伟民 基于药芯铝焊丝的 ＴＩＧ 正极性焊接［Ｊ］ 中国机械工程 ２００２，１８
２ 活性焊剂 ＴＩＧ 焊 Ａ－ＴＩＧ
乌克兰巴顿焊接研究所 60 年代初期在焊接钛合金时发明了活性焊剂 当时是在金属表面涂一层 薄薄的混合物 涂层的主要作用是压缩电弧 而不是对熔池产生化学作用 同传统 TIG 焊相比 A-TIG 焊具有以下明显优点
提高劳动生产率 同 TIG 相比 能提高熔深 3 倍 能提高劳动生产率 2 6 倍 减小变形 A-TIG 由于焊缝无须开坡口 且热输入少 同时焊道形状为 I 形 上下基本同宽 因此 焊接变形较小 节约能源和材料 由于 A-TIG 焊无须开坡口 且熔深很深 因此 在焊接时 能降低劳动成本 1.5 3.5 倍
３ 铝药芯焊丝制造技术
研究开发的铝药芯焊丝制造技术有三种 最简易的方法是管状焊条法 将还原剂与合金粉装入铝管中 轧制 拉拔 扩散退火 最终形 成管状焊条 铸造法是将还原粉加入铝合金铸锭中 充分压实后形成药芯棒 首先把钎料制成多孔性的挤压 坯料 然后把坯料浸入活化组元溶液中 使溶液均匀浸入坯料的空隙 铸锭冷却后即可进行挤压 这种方法的工艺关键在于还原粉预处理和添加工艺 用粉末冶金的原理进行机械合金化的制造工艺是将还原粉 铝粉 其他添加金属粉充分混合 在一定温度下对混合金属粉加压 使其形成有一定强度的粉锭 在可控气氛中保温 加压使粉锭形 成 钎焊锭 最终挤压成材并用滚模拉丝的方法减径 图 ３ 是 Ａｌ－１０Ｓｉ 型药芯铝焊丝的金相照片 细小的椭圆或圆形黑点是 初晶硅 大面积的黑斑是活化剂 其余是铝硅固溶体
药芯铝焊丝的制造技术和焊接工艺技术需进一步深入研究 更重要的是针对某些具体材料或工
件的应用研究需要大范围的展开
在药芯铝焊丝的应用中 首先应保证一系列牌号 成分 性能 规格 几何特征 的药芯铝焊
丝供应 以保证各种各样的钎焊对象的使用 只有解决系列化的问题 药芯铝焊丝的应用前景才是
光明的
参 考 文 献
铝药芯焊丝制造及应用技术的研究进展
乔培新 龙伟民 曾大本
郑州机械研究所 郑州 ４５００５２ 清华大学
摘要 回顾了药芯焊丝国内外的发展历程 简介了铝药芯焊丝概念的提出及其制造技术以及铝基药芯焊丝 的应用情况 从活性焊剂钨极气体保护焊 Ａ－ＴＩＧ 的工艺特性和作用机理出发提出了药芯铝焊丝法焊接 铝合金的新技术 并指出了药芯焊丝的优点 借助钢基药芯焊丝的制造原理研究了铝基药芯焊丝的制造工 艺 研究结果认为 最适宜于药芯铝焊丝的制造技术是基于层流流变条件下的等温挤压 探讨了铝基药芯 焊丝的应用前景 关键词 铝药芯焊丝 Ａ ＴＩＧ 焊 正极性焊接
１ 药芯焊丝的发展历程
90 年代以来 药芯焊丝以其生产效率高 焊接质量好 综合成本低等无可比拟的技术经济性 受到国内外焊接界的极大关注 国内造船 冶金 石油 化工 电力等行业开始批量使用药芯焊丝 在市场需求的推动下 国内焊接界迅速掀起药芯焊丝生产线引进热和研制热 在 1912 年 ESAB 公 司创始人奥斯卡 基尔伯格第一次提到药芯焊丝概念 1920 年 美国发表了国际上第一个药芯焊 丝制造专利 50 年代到 60 年代国际上进入早期试用阶段 60 年代末到 80 年代中我国开始进行药芯 焊丝的探索与试制 目前已经进入产业创建阶段
目前世界各国用于制造药芯焊丝的工艺方案和设备多不胜数 已申请各种专利就有十种以上 按照产品的结构可分为有缝型与无缝型 按所使用的原料可分为冷轧带钢法 盘元法和钢管拔制法 根据成形工艺又可分为模拔法 全连轧法和轧 拔法
目前 有缝药芯焊丝主要采用钢带法和盘元法两种加工方法制造 无缝药芯焊丝的制造方法较 有缝药芯焊丝复杂 其原材料为成盘的钢管 钢管可以是无缝钢管 也可以是焊接钢管 但一般均 采用焊接钢管
１ 龙伟民 粉末合成钎料的探讨［Ｊ］ 机械工程学报 ２００１ ３７ １０ １０７ １０９ ２ 张启运 ＮＯＣＯＬＯＫ 铝钎剂研究的进展与延伸［Ａ］． 第十届全国钎焊与扩散焊技术交流会论文集［Ｃ］ １９９８ ３ Ｈ．Ｄ．Ｓｏｌｏｍｏｎ Ａ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｂｒａｚｅｄ Ｊｏｉｎｔ Ｆａｔｉｇｕｅ Ｂｅｈａｖｉｏｒ［Ｊ］ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｊ，２００１，（６） １４８
４ 铝药芯焊丝的应用前景
目前 药芯铝焊丝的制造技术日趋成熟 郑州机械研究所
已具备工业化生产该钎料的基本条件 与普通钎料相比 药芯
铝焊丝的材料成本比较高 但其综合工艺成本并不高 用药芯
药芯铝焊丝的金相组织 ４００
铝焊丝替代部分铝钎料的经济可行性已经通过生产验证
为成功的推动药芯铝焊丝在铝钎焊中的应用 应着重解决以下几个问题
药芯焊丝分有缝和无缝两类 有缝药芯焊丝易吸湿受潮表面生锈 包装上须采取可靠的防潮措 施 以确保质量 不影响使用 无缝药芯焊丝由于表面无缝 可以镀铜 药芯在管内不受潮 有良 好的焊接工艺性能 是进行自动焊的理想材料
无论是有缝药芯焊丝还是无缝药芯焊丝 其制造过程都包含轧制 拔丝 后处理和层绕等几个 工序 但其制造原理有很大差别 有缝药芯焊丝中的药芯是在焊丝轧制时在线添加的 而无缝药芯 焊丝中的药芯是在焊丝轧制前装入钢管的
铝的活性焊剂 TIG 焊是利用药芯铝焊丝, 药芯铝焊丝是钎料本身含有某些活性物质 这些物质 能起到活性钎剂作用 这种药芯铝焊丝加有可以溶解 Al2O3 并与氧化膜反应的还原剂 在焊接温度
区间可以防止接头在钎焊过程中氧化并还原焊缝内的氧化物 同时可以改变液态钎料的物理性能 改善钎料对母材的润湿性
药芯焊丝焊接铝合金时可以采用正极性 TIG 焊 直流正极性 TIG 焊的焊接工艺性好 优于同类 型的实芯焊丝 焊接的铝合金接头有表面光滑 无褶皱 无气孔等特点 但焊缝表面不如用交流焊 接的焊缝那样亮 因为焊缝表层 尤其是两侧 覆盖一层灰色残留物 这层残留物并不表示有任何 未熔合或存在气孔或夹杂物 而残留层很容易用铜丝刷清除
１５６ ４ 龙伟民 ＴＩＧ 正接焊接铝合金［Ａ］ 中国机械工程学术会议论文集［Ｍ］ 北京 机械工业出版社 ２００１ ５ 龙伟民 基于药芯铝焊丝的 ＴＩＧ 正极性焊接［Ｊ］ 中国机械工程 ２００２，１８
２ 活性焊剂 ＴＩＧ 焊 Ａ－ＴＩＧ
乌克兰巴顿焊接研究所 60 年代初期在焊接钛合金时发明了活性焊剂 当时是在金属表面涂一层 薄薄的混合物 涂层的主要作用是压缩电弧 而不是对熔池产生化学作用 同传统 TIG 焊相比 A-TIG 焊具有以下明显优点
提高劳动生产率 同 TIG 相比 能提高熔深 3 倍 能提高劳动生产率 2 6 倍 减小变形 A-TIG 由于焊缝无须开坡口 且热输入少 同时焊道形状为 I 形 上下基本同宽 因此 焊接变形较小 节约能源和材料 由于 A-TIG 焊无须开坡口 且熔深很深 因此 在焊接时 能降低劳动成本 1.5 3.5 倍
３ 铝药芯焊丝制造技术
研究开发的铝药芯焊丝制造技术有三种 最简易的方法是管状焊条法 将还原剂与合金粉装入铝管中 轧制 拉拔 扩散退火 最终形 成管状焊条 铸造法是将还原粉加入铝合金铸锭中 充分压实后形成药芯棒 首先把钎料制成多孔性的挤压 坯料 然后把坯料浸入活化组元溶液中 使溶液均匀浸入坯料的空隙 铸锭冷却后即可进行挤压 这种方法的工艺关键在于还原粉预处理和添加工艺 用粉末冶金的原理进行机械合金化的制造工艺是将还原粉 铝粉 其他添加金属粉充分混合 在一定温度下对混合金属粉加压 使其形成有一定强度的粉锭 在可控气氛中保温 加压使粉锭形 成 钎焊锭 最终挤压成材并用滚模拉丝的方法减径 图 ３ 是 Ａｌ－１０Ｓｉ 型药芯铝焊丝的金相照片 细小的椭圆或圆形黑点是 初晶硅 大面积的黑斑是活化剂 其余是铝硅固溶体
药芯铝焊丝的制造技术和焊接工艺技术需进一步深入研究 更重要的是针对某些具体材料或工
件的应用研究需要大范围的展开
在药芯铝焊丝的应用中 首先应保证一系列牌号 成分 性能 规格 几何特征 的药芯铝焊
丝供应 以保证各种各样的钎焊对象的使用 只有解决系列化的问题 药芯铝焊丝的应用前景才是
光明的
参 考 文 献
铝药芯焊丝制造及应用技术的研究进展
乔培新 龙伟民 曾大本
郑州机械研究所 郑州 ４５００５２ 清华大学
摘要 回顾了药芯焊丝国内外的发展历程 简介了铝药芯焊丝概念的提出及其制造技术以及铝基药芯焊丝 的应用情况 从活性焊剂钨极气体保护焊 Ａ－ＴＩＧ 的工艺特性和作用机理出发提出了药芯铝焊丝法焊接 铝合金的新技术 并指出了药芯焊丝的优点 借助钢基药芯焊丝的制造原理研究了铝基药芯焊丝的制造工 艺 研究结果认为 最适宜于药芯铝焊丝的制造技术是基于层流流变条件下的等温挤压 探讨了铝基药芯 焊丝的应用前景 关键词 铝药芯焊丝 Ａ ＴＩＧ 焊 正极性焊接
１ 药芯焊丝的发展历程
90 年代以来 药芯焊丝以其生产效率高 焊接质量好 综合成本低等无可比拟的技术经济性 受到国内外焊接界的极大关注 国内造船 冶金 石油 化工 电力等行业开始批量使用药芯焊丝 在市场需求的推动下 国内焊接界迅速掀起药芯焊丝生产线引进热和研制热 在 1912 年 ESAB 公 司创始人奥斯卡 基尔伯格第一次提到药芯焊丝概念 1920 年 美国发表了国际上第一个药芯焊 丝制造专利 50 年代到 60 年代国际上进入早期试用阶段 60 年代末到 80 年代中我国开始进行药芯 焊丝的探索与试制 目前已经进入产业创建阶段
目前世界各国用于制造药芯焊丝的工艺方案和设备多不胜数 已申请各种专利就有十种以上 按照产品的结构可分为有缝型与无缝型 按所使用的原料可分为冷轧带钢法 盘元法和钢管拔制法 根据成形工艺又可分为模拔法 全连轧法和轧 拔法
目前 有缝药芯焊丝主要采用钢带法和盘元法两种加工方法制造 无缝药芯焊丝的制造方法较 有缝药芯焊丝复杂 其原材料为成盘的钢管 钢管可以是无缝钢管 也可以是焊接钢管 但一般均 采用焊接钢管