【探究】藥芯鋁焊絲的制造技術(shù)?

　　鋁及其合金在工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活中的應(yīng)用日益廣泛，由于比重小、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、鑄造性和機(jī)械加工性優(yōu)良，鋁在現(xiàn)代工業(yè)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(xiàn)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(shí)發(fā)明了活性焊劑，當(dāng)時(shí)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(duì)熔池產(chǎn)生化學(xué)作用。美國(guó)愛(ài)迪生焊接研究所(EWI)于90年代開(kāi)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(jìn)行了工藝評(píng)定，目前在美國(guó)活性焊劑已獲得商業(yè)上的應(yīng)用。英國(guó)TWI焊接研究所已把應(yīng)用活性焊劑作為研究核心展開(kāi)最基本的研究。
　　活性焊劑的主要作用是壓縮電弧，而不是對(duì)熔池產(chǎn)生化學(xué)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(yīng)后的產(chǎn)物是AlCl3和AlxFy, AlCl3可以轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w蒸發(fā)掉，AlCl3蒸發(fā)過(guò)程中同時(shí)破碎Al2O3薄膜；AlxFy是復(fù)合鹽，流動(dòng)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(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率，尤其在提高焊縫質(zhì)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(tǒng)的交流TIG焊相比有很多優(yōu)點(diǎn)，比如焊縫外觀平整、光滑、熔深深、夾渣少、幾乎無(wú)氣孔等特點(diǎn)。

　　1藥芯鋁焊絲的制造技術(shù)
　　藥芯鋁焊絲的制造技術(shù)可以借鑒鋼藥芯焊絲的制造方法，鋼藥芯焊絲的制造過(guò)程包含軋制、拔絲、后處理和層繞等幾個(gè)工序。無(wú)縫藥芯焊絲的原材料為成盤的鋼管，鋼管可以是無(wú)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(jié)成燒結(jié)焊劑形態(tài)，然后填入鋼管(16-25mm)中通過(guò)振動(dòng)使藥芯填實(shí)，再經(jīng)軋、粗拔、退火、細(xì)拔、鍍銅、層繞等工序制出成品。研究過(guò)程中曾經(jīng)試驗(yàn)過(guò)這種方法，將還原劑與合金粉裝入鋁管中，軋制-拉拔-擴(kuò)散退火，最終形成管狀焊條。其主要問(wèn)題是生產(chǎn)效率低，藥粉填充系數(shù)不穩(wěn)定。
　　鑄造法是將還原粉加入鋁合金鑄錠中，充分壓實(shí)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(jìn)行擠壓。這種方法的工藝關(guān)鍵在于活性焊劑的預(yù)處理和添加工藝。
　　機(jī)械合金化法是根據(jù)粉末冶金的原理將粉狀原料進(jìn)行混和、壓制、擠壓。其工藝過(guò)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(duì)混合金屬粉加壓，使其形成有一定強(qiáng)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(xù)鑄造和等溫?cái)D壓技術(shù)制造藥芯焊絲，連鑄技術(shù)可以獲得組織均勻、成分穩(wěn)定的“蓮藕”鑄錠，等溫?cái)D壓技術(shù)可以獲得填充系數(shù)穩(wěn)定的藥芯焊絲毛坯。

　　2藥芯焊絲的錠坯連鑄和等溫?cái)D壓
　　層流擠壓法是將內(nèi)含活性焊劑的鋁焊料鑄錠以層流流動(dòng)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(nèi)孔尺寸恒定，將活性焊劑填充到內(nèi)孔中并壓實(shí)。
　　經(jīng)過(guò)壓實(shí)的含有活性焊劑的焊料錠有以下幾個(gè)特點(diǎn)：在不同橫截面上，焊劑與焊料比例恒定；活性焊劑內(nèi)可以添加增強(qiáng)顆粒(如SiC)以形成復(fù)合材料；焊劑被焊料充分包敷。
　　層流擠壓工藝的技術(shù)關(guān)鍵是焊劑與焊料的順序流動(dòng)，形成順序流動(dòng)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(yīng)力相關(guān)，調(diào)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(shè)計(jì)合理的擠壓模形狀可以使兩種材料始終以層流形式穩(wěn)定變形。
　　研究過(guò)程中采用的是等溫?cái)D壓技術(shù)，在特定擠壓溫度和擠壓速度條件下可以獲得橫截面穩(wěn)定、填充系數(shù)均勻的藥芯焊絲。

　　3藥芯焊絲的拉拔與層繞
　　與實(shí)芯焊絲相比，藥芯鋁焊絲的內(nèi)部組織的主要特點(diǎn)如下：藥芯呈散沙狀、無(wú)粘度、無(wú)塑性，藥芯的變形和流動(dòng)主要靠周圍材料變形時(shí)產(chǎn)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(guò)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(nèi)部藥粉的流動(dòng)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(xù)進(jìn)行，藥芯的流變行為和體積壓縮程度關(guān)系到藥芯焊絲填充系數(shù)是否穩(wěn)定，進(jìn)而影響藥芯焊絲的使用和焊接過(guò)程的穩(wěn)定。
　　由于藥芯的存在，藥芯焊絲的有效橫截面積比實(shí)芯焊絲小的多，所以藥芯焊絲拉拔過(guò)程中的斷絲現(xiàn)象普遍存在。優(yōu)化拉拔過(guò)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(shù)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(shù)繞制成盤。

　　4結(jié)論
　　(1)研究過(guò)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(yè)應(yīng)用前景。
　　(2)連鑄技術(shù)可以獲得組織均勻、成分穩(wěn)定的“蓮藕”鑄錠，等溫?cái)D壓技術(shù)可以獲得填充系數(shù)穩(wěn)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(shù)保證了焊絲的清潔性，層繞技術(shù)保證了焊接過(guò)程中焊絲指向的穩(wěn)定性。