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铝热焊接新工具研制和应用*

作者:admin来源:本网 日期:2017-11-16 13:53:35 人气: 标签:

  铝热焊接是综合自蔓延高温合成技术与传统焊接技术而发展起来的一门实用技术,属于自蔓延焊接技术领域。目前,此项技术已成功地应用于铁轨焊接并研制出成熟的焊接工具,但在其他领域应用较少,原因之一是没有专门的焊接工具,无法灵活应用此项技术。为扩大该项技术的应用,我们利用轻质耐火材料易成型,可因地制宜地制作各种铸造模具的特点,研制了几种适用于野外快速焊修的新型工具,用于在野外无电、无气情况下焊接小型零件,取得了成功,推动了铝热焊接的实用化进程,下面将我们的做法作一简介。

  1铝热焊原理铝热焊的基本原理是通过铝和氧化铁的还原反应,将氧化铁中的铁还原。铝热焊剂一经点燃燃烧就会自行进行,蔓延至整个反应体系,反应产物为Fe和ALO3.3种铝热化学反应方程式为:(接上页)准偏差S为0.38.温度试验试验表明,通常情况下温度对测定结果影响不大。

  酸度影响盐酸酸度在25%以内对测定结果无影响,当酸存在时产生增感效应,硫酸会降低铝的灵敏度。

  元素干扰试验共同的阳离子浓度在2%以下几乎没有干扰,在硫酸介质中,钒影响铝的灵敏度,其影响程度随硫酸浓度而变,可加入碱金属盐来抑制电离干扰。

  2结果与讨论3nm下测定铝的吸光度发现,铝的线性范围为10~90mL-1.回收率的测定考虑到铝的线性范围,遵循一般分析原则设计12个样品,测得结果见表2. 3结语用原子吸收分光光度法测定钢中微量铝,可以消除样品中大量元素的影响,具有灵敏度高,操作简便,快速,因而适宜推广使用。

  表2测得结果编号加入量识g.mL-1 AL回收率责任编辑吕德龙铝热焊剂石棉势耐火材料被焊断轴铝热焊焊锅结构自蔓延焊筒示意图铝热焊剂是由还原剂金属铝和氧化剂氧化铁按一定比例混合而成的。焊接时,在特制的坩埚中,铝热焊剂由点火剂点燃,引起强烈的化学反应,反应产生大量的热,形成高温(约3000°C),使铝热焊剂熔化翻腾,反应产生的熔融铁液沉于坩埚底部,而铝被氧化,构成以氧化铝为基的熔渣上浮。当铁液烧穿特制坩埚下面的出口阻流物质时,直接浇注到被焊接零件损伤的开裂处(或焊接接头处),高温铁液将断口表面熔化,又作为填充金属填充零件损伤开裂处间隙(或焊接接头),冷却凝固后形成热熔焊接接头,从而实现焊接。

  2损伤零件铝热焊快速焊修工艺这里主要介绍板类和轴类损伤零件的焊接修复。板类零件损伤主要有裂纹和孔洞2种类型,针对其不同损伤形式,铝热焊接工艺流程如所示。

  修补裂纹或孔洞的模具可采用轻质耐火砖现场快速制作,在轻质耐火砖上挖出缝隙或孔洞以便控制铝热反应后生成钢液的走向。使用时将耐火砖模具沿裂缝走向扣在板类零件上,点燃铝热焊锅中的焊剂,将产生的钢液注入模具,即可实施焊接。浇注后趁红热时用铁锤敲击,破碎枝晶,细化晶粒,减少纤维缺陷,提高焊缝材料密度,同时去除被焊件表面的焊渣。倾斜板类零件焊接形式如所示。

  屈延焊锅t耐火砖一l模具、损坏钢板倾斜板裂纹焊接断轴的自蔓延焊接断轴的焊接,一般用带孔的耐火材料(轻质耐火砖)作模具,对正轴心后,固定断轴一端,特制钳埚放在上方,点燃铝热焊剂后,钢水从上部浇入,当凝固成半固态状态时,用手锤打击加压另一端活动的断3铝热焊焊接工具制作下面就3种常用的铝热焊焊接工具和其制作方法作一简述。

  3.1铝热焊焊锅设计的铝热焊焊锅如所示,由不锈钢外壳、坩埚底、下部耐火砖、上部耐火砖、坩锅盖、挡板等构成,可以拆解携带,使用时可临时组装,加入药剂,即可对损坏部位焊接。

  利用铝热焊锅焊接平板零件时,如所示,上部耐火砖在其下口用合适厚度的石棉封住,使铝热焊剂反应生成的铁水与三氧化二铝有时间分离,从而起到反应燃烧室和坩埚的作用。下部耐火砖为浇道,挡板和坩埚盖用来防止反应物飞溅,起到一定的保护作用。该焊锅体积小,携带方便,操作简便,可靠性较高。

  平板零件铝热焊3.2自蔓延焊筒自蔓延焊筒是铝热焊焊锅的下一代产品,其结构见图主要由易拉罐式外套、铁桶、石棉内衬、耐火砖封垫、石棉垫、喉箍式把手、防护罩等构成。其特点是将焊剂、点火剂与焊锅组合在一起,使用和携带更加方便。

  焊部件表面打磨,打开自蔓延焊筒易拉罐式外套上、下封垫,握住喉箍式把手,点燃后,罩上防护罩,将下口对准焊接部位,使产生的钢液流入焊接部位,在浇注钢液冷却过程中用铁锤敲击加压,以去除表面杂质,提高焊材致密度,增强焊接强度。

  3.3自蔓延焊轴器对于断轴的焊接,要求轴心线对正,焊后强度能传递一定转矩,所以对焊接尺寸精度和焊接强度要求较高。为此,设计了2种自蔓延焊轴器。

  3.3.1便携式自蔓延焊轴器篇自蔓延焊轴器焊接时的情景如所示,对断轴可采用原位复焊修复。即焊前直接将断轴处打磨清洁后放入自蔓延焊轴器模具中,对正裂痕和轴心线,待焊断轴裂痕间可预留2~3mm间隙。放置妥当后,锁住模具,装入固体药剂,点燃,盖上防护罩,铝热焊剂即发生剧烈反应,生成钢液烧穿阻流物质后流下,将待焊处轴烧熔并焊接在一起,当冷却至半固态状态,可用铁锤轴向施力敲击加压,使其恢复原长和提高其力学性能和结合强度,等一段时间后即解开模具取轴。

  便携式自蔓延焊轴器主要由可拆分焊接模具、防护罩、点火器、夹具、固体药剂等构成。其中防护罩与可拆分焊接模具的一侧较接在一起。固体药剂是由铝热焊剂和点火剂压制而成的一个整体且在铝热焊剂中加入了适量的合金剂、副反应氧化剂、造渣剂及辅助熔剂等,以加强焊缝金属强度,控制碳的含量,解决熔合区“白口”,提高了抗裂、抗剥离能力。

  焊轴器焊接剖视见,固体药剂结构见。

  防护罩丨熔断轴钢水-焊轴器及辅件焊轴器剖视药剂结构3.3.2可调式自蔓延焊轴器便携式自蔓延焊轴器将热铝焊剂反应容器和模具(断轴容纳室)合成一体使焊接断轴直径受到限制。为此,设计了可以调节被焊断轴直径的可调式焊轴器,其结构由断轴固定器、自蔓延焊锅、坩锅等构成,如0所示。

  0可调式自蔓延焊轴器断轴固定器主要由圆环固定器、挡板、底座、支撑器等构成。圆环固定器可适应不同的断轴直径,并起到对正轴心和焊后轴向加压时的导向作用。支撑器起到轴向敲击加压时的支撑作用。坩埚主要用来容纳反应后生成的钢液,内芯用耐火砖制作,外壳是钢制的,连有1个可以调节高度的轴,以调节坩埚圆心所处位置。

  利用可调式自蔓延焊轴器,焊接完后,可在断轴固定器的导向下,打磨断轴。

  4结语上述研制的自蔓延焊锅和焊轴器,为加快自蔓延焊接技术应用于机械零部件应急焊修提供了技术支持,且其结构简单可靠性高,焊接质量有保证,扩大了野外应急修理损坏零部件的范围。

  兵工程学院第九届学术年会。

  接年会论文集。HIxb 4丨裘德海,李力等。铸造高锰钢与U71Mn钢异种钢铝热焊接性探讨。焊接学报,199819(2):7982. 5丨韦维等。自蔓延高温合成(SHS)焊接试验。机械工程材料,200024(3):10. 6丨8丨9丨10丨国家自然科学基金资助项目(50275149)责任编辑周守清

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