7xxx焊接填充合金及其使用方法

专利名称：7xxx焊接填充合金及其使用方法
7xxx焊接填充合金及其使用方法相关申请的交叉引用本申请要求2009年4月29日提交的美国临时专利申请No. 61/173，914的优先权， 通过引用将其全部内容并入本文。
背景技术：
7xxx铝合金(特别是厚模板形式)已用于模制工业。这些7XXX合金产品可经受 剧烈条件，这可对产品表面产生损伤。已证明，对这样的产品进行修补例如采用基于熔合的 方法如气体保护钨极电弧焊(GTAW)使其可继续用于生产模制部件存在着问题。

发明内容
公开了 7XXX铝合金焊接填充合金及其使用方法。在一个实施方案中，公开了使用 焊接填充铝合金修补具有表面缺陷的模塑块或模塑板的方法。该方法包括定位模塑块上的 表面缺陷。具有第一容积的表面缺陷可被原始容积至少局部地围绕。可由形变铝合金制成 包括原始容积的模塑块。该形变铝合金可以是第一 7XXX系列铝合金。表面缺陷的修补步 骤包括将焊接填充铝合金熔焊到原始容积的至少一部分以产生修补的容积。如同形变铝合 金，焊接填充合金可以是第二 7XXX系列铝合金。在修补过程后，修补的容积可包括表面缺 陷的第一容积和至少一部分原始容积。在一个实施方案中，第一 7XXX系列铝合金和第二 7XXX系列合金可具有基本相同 的组成。在另一实施方案中，第一 7xxx系列铝合金选自7085、7140、7040、7X36、7X49、7X50、 7055、7056、7X75、7081和7095。在一些实施方案中，第一和第二 7xxx系列铝合金包括至少 约0. 5重量％ Cu、或至少约1. 0重量％ Cu。在其它实施方案中，第一和第二 7xxx系列铝合 金包括约6. 0重量％ -约9. 5重量％的Zn和约1. 0重量％ -3. 1重量％的Mg。在一个实施方案中，在修补步骤后，使用修补的模塑块制造模制物品，由此模制物 品在其整个外表面(例如与注塑塑料直接接触的表面)可具有基本相同的颜色。在一些情 形中，模制物品在其整个外表面(例如与注塑塑料直接接触的表面)可具有基本相同的纹 理。在其它情形中，在修补步骤后，修补的容积可以是基本无裂纹的。在一个实施方案中，熔焊步骤包括在模塑块外表面上方堆焊至少约0. 25英寸厚 的修补层。在一些情形中，在堆焊步骤后，修补层可在模塑块的外表面上方具有至少约1英 寸的厚度，其中通过将多个焊道依次熔敷(deposition)在彼此顶部而产生焊接修补堆焊 物。在一个实施方案中，公开了具有适用于生产注塑部件的特征的7XXX注塑模块。该 注塑模块基本由7XXX铝合金构成。此外，注塑模块可包括修补容积以及邻近的原始容积。 在特定情形中，修补容积可包括焊接到原始容积的7XXX焊接填充合金。修补的容积可以是 基本无裂纹的。在一些实施方案中，修补容积可具有比原始容积高至少约0. 25英寸的平均 高度。在其它实施方案中，修补容积可具有至少约170MPa的极限拉伸强度。从以下详细说明、附图和权利要求将清楚本公开的其它变体、实施方案和特征。


图1是具有表面缺陷的7XXX模塑板的一个实施方案的示意图。图2是具有修补容积的7XXX模塑板的一个实施方案的示意图。图3是图解根据本公开的有效方法的一个实施方案的流程图。图4是具有形成于其中的不连续体(discontinuity)铝合金模塑板，以说明模塑 板的熔焊修补。图5显示了使用AA2319铝合金焊接填充合金修补模塑板的截面视图。图6显示了使用AA7085铝合金焊接填充合金修补模塑板的截面视图。图7显示了使用TiB2改性的AA7085铝合金焊接填充合金修补模塑板的截面视图。图8是已通过使用TiB2改性的AA7085铝合金焊接填充合金进行焊接而填充的铝 合金模塑板。图9显示了连接到模塑板的进入(rim in)和离开(rim off)两个板(tab)，用于 说明通过将一个或多个焊道熔敷到模塑板上的堆焊过程。图10显示了引入板和引出板的棱角被点固焊到模塑板上。图11显示了在用溶剂清洗之后用不锈钢刷磨蚀焊接区域。图12显示了用手持刳刨器研磨焊接区域。图13显示了在准备进行堆焊物的熔敷中对在模塑板顶部上的焊接区域进行溶剂 清洗并干燥。图14显示了使用手工气体保护钨极电弧焊(GTAW)方法将填充丝焊接熔敷到引入 板，之后熔敷到模塑板和引出板顶部。图15显示了跨进入和引出板以及模塑板部分产生的三个焊接熔敷物。图16-17是用AA7085填充合金制造的具有多种厚度(例如高度)的堆焊熔敷物 的顶部和侧部透视图。图18显示了用AA2319填充合金制造的具有多种厚度(例如高度)的焊接熔敷物 的顶部透视图。图19显示了对用AA7085填充合金制造的焊接熔敷物进行染料渗透剂试验以检测 完好性(例如无开放的表面不连续体)的顶部透视图。图20显示了对用AA2319填充合金制造的焊接熔敷物进行染料渗透剂试验以检测 完好性(例如无开放的表面不连续体)的顶部透视图。图21-22是用AA7085填充合金制造的堆焊熔敷物的顶部和侧部透视图，所述熔敷 物通过机加工而具有基本平坦表面。图23显示了用AA2319填充合金制造的堆焊熔敷物的顶部和侧部透视图，所述熔 敷物通过机加工而具有基本平坦表面。图24显示了对用AA7085填充合金制造的基本平坦焊接熔敷物进行染料渗透剂试 验以检测完好性(例如无开放的表面不连续体)的顶部透视图。图25显示了对用AA2319填充合金制造的基本平坦焊接熔敷物进行染料渗透剂试 验以检测完好性(例如无开放的表面不连续体)的顶部透视图。图26-27是穿过用AA7085基填充合金制造的焊接熔敷物的截面宏观图/显微图(15X/100X)。图28-29是穿过用AA2319基填充合金制造的焊接熔敷物的截面宏观图/显微图 (15X/100X)。图30显示了从制备中的模塑板机加工出的多个沟槽的顶部透视图，用于说明用 新AA7085焊接填充合金与用AA2319焊接填充合金的焊接修补技术的对比。图31显示了通过用AA7085和AA2319填充合金填充机加工的沟槽而产生的熔敷 物的顶部透视图，从而模拟了其中已除去不一致特征的区域(图30)。图32显示了用AA7085和AA2319填充合金制造的焊接熔敷物的顶部透视图，所述 焊接熔敷物的焊珠已被机加工至与模塑板顶部表面平齐(flash)，在染料渗透剂试验之前 对所述模塑板的顶部表面施加了染料渗透剂。图33显示了图32的具有被机加工至与模塑板顶部表面平齐的填充沟槽焊接修补 物的顶部透视图，在施加和除去染料渗透剂之后向所述模塑板的顶部表面施加焊接显影剂 (图 32)。图34显示了使用由AA2319填充合金制造的焊接熔敷物修补的缺陷的截面宏观图 / 显微图(15X/100X)。图35显示了使用由AA7085填充合金制造的焊接熔敷物修补的缺陷的截面宏观图 / 显微图(15X/100X)。图36是用AA7085和AA2319填充合金制造的焊接熔敷物的极限拉伸强度(UTS) 和延伸百分率(E)之间关系的坐标图。图37显示了用AA7085填充合金修补的模塑板的两个不同纹理化面层(finish) 的照片。图38显示了用AA7085填充合金填充且修补的模塑板的两个不同纹理化面层的所 得树脂试验的照片。本公开的详细说明本领域技术人员将理解，使用所公开方法、系统和设备修补的模塑板和焊接修补 可以按其它特定形式来实施，而不背离本公开的精神或基本特征。因此，在所有方面，认为 本公开的实施方案是解释性而非限制性的。现在参考附图，所述附图至少有助于揭示本公 开的各个相关特征。本申请涉及7XXX铝焊接填充合金及其使用方法。这些焊接填充合金可促进改善 的焊接特性，例如当用于修补7XXX合金产品时。例如并现在参考图1，7XXX模塑板10包括 适用于制造模制部件的特征。可通过标准生产操作产生7XXX模塑板10的表面缺陷12。可 以使用新7XXX焊接填充合金修补该表面缺陷(有时称为不连续体)以产生修补的7XXX模 塑板。表面缺陷，是阻止或妨碍7XXX合金产品在目标环境中的使用的7XXX合金产品表 面上的缺陷。通常发生于7XXX模塑板10的表面缺陷12的例子包括模塑板10的开向表面 的裂纹和/或磨损部分。通常，表面缺陷12具有不大于约6. 4mm(0. 25英寸)的深度，但在 一些情形中具有大于约6. 4mm(0. 25英寸)的深度。在一个实施方案中，表面缺陷12具有 约0. 025mm(0. 001英寸)到约3. 2mm(0. 125英寸)的深度。模塑板(有时称为模塑块)是使用例如注塑或吹塑的方法用于模制部件的板块。如图2所示，修补的7xxx模塑板10的修补部分14旨在促进用7xxx模塑板10制造的产品 的可用外表面上基本相同的外观(例如纹理、颜色匹配)和功能(例如热机械性、耐磨蚀 性)，这可促进修补的7XXX模塑板10的再利用。修补的7XXX模塑板10还可实现增强的功 能特性(例如耐久性、强度)，这还可促进修补的7XXX模塑板10的再利用。最后，7XXX模 塑板10的寿命可通过使用新7XXX基焊接填充合金而显著增加。本文公开的新7XXX焊接填充合金是以用于手工气体保护钨极电弧焊(GTAW)的棒 或用于气体保护金属极电弧焊(GMAW)方法焊接的连续丝的形式制造的焊接填充合金形式 的7XXX铝合金。焊接填充合金是用于焊接或修补铝合金产品的合金。焊接填充合金形式 的例子包括焊接棒、焊接丝和能包覆于修补区域的粉末(例如借助于激光束焊接方法)。可 使用其它焊接填充合金形式。7XXX铝合金是包含Zn作为主要合金化组分的铝合金。7xxx 铝合金还可特别包括Cu、Mg和Mn中的一种或多种作为合金化组分。7XXX铝合金的一些例 子包括由Aluminum Association (铝业协会)定义的任何7xxx系列合金，包括Al-Zn-Mg、 Al-Zn-Cu、Al-Zn-Cu-Mg和其它类似合金。可用作焊接填充合金的一些7xxx铝合金特别包 括 Aluminum Association 合金 7085、7140、7040、7X36、7X49、7X50、7055、7056、7X75、7081 和7095。在一个具体实施方案中，7XXX焊接填充合金是AA7085。通常将7xxx焊接填充合金用于修补7xxx合金产品。7xxx合金产品是含有主要 量的至少一种7XXX铝合金的产品，例如任何形变产品(例如轧制产品、挤压件)，铸造产品 (例如铸件)或锻造产品(如锻件)。在一个实施方案中，待修补的产品是如上所述的7xxx 模塑板。在一个实施方案中，7XXX焊接填充合金具有被修补的7XXX合金产品基本相似的 组成。例如，可从AA7085制造模塑板。本公开的焊接填充合金还可以由AA7085制成。这 些合金具有基本相似的组成，因为它们由相同的Aluminum Association合金7085制成，但 是，因为铝合金生产的固有性质，或因为对合金组成的特意但少量的调整，这些合金在组成 上可能具有小的差异。已发现，使用与被修补的7XXX合金产品具有相似组成的7XXX焊接 填充合金有助于这样的7XXX合金产品的修补。例如，由于产品和焊接填充合金具有基本相同的组成，因此7XXX合金产品和7xxx 焊接填充合金具有基本相似的固相线温度。固相线温度是给定物质完全凝固和/或结晶的 温度。基本相似的固相线温度意指第一材料具有的固相线温度与第二材料固相线温度的差 异不大于5°C。例如，7XXX焊接填充合金具有的固相线温度可与7XXX合金产品的固相线温 度具有不大于5°C的差异(+/_)。在另一实施例中，由于产品和焊接填充合金具有基本相同的组成，因此7XXX合金 产品和7XXX焊接填充合金具有基本相似的热膨胀系数。热膨胀系数是当温度改变时材料 的尺度从原始尺度变化的比率。基本相似的热膨胀系数意指第一材料具有的热膨胀系数与 第二材料热膨胀系数的差别(+/_)不大于约5ppm/°C。例如，7XXX焊接填充合金具有的热 膨胀系数与7XXX合金产品热膨胀系数的差别(+/-)不大于5ppm/°C。在一个特定实施例中，发现由AA 7085制造的焊接填充合金有助于修补AA7085铝 合金产品，同时获得与现有技术铝合金AA2319相当(或甚至更好)的焊接特性，包括外观 特性(例如颜色匹配、纹理)和功能特性(例如耐久性、耐磨损性、点蚀、粘附、硬度、热震、 冲击震动)° AA2139 是 Aluminum Association Teal Sheet 定义的 AluminumAssociation 合金2319。
在一个实施方案中，使用7XXX焊接填充合金，利用熔焊来修补7XXX合金产品。熔 焊意指将至少两部分结合在一起，例如通过加热、熔化、熔合和冶金接合及其组合中的一种 或多种进行，例如借助于焊接填充合金。焊接方法的一些类型的例子包括气体保护钨极 电弧焊(GTAW)、有保护的金属电弧焊(SMAW)、气体保护金属极电弧焊(GMAW)、等离子弧焊 (PAff)和激光束焊接(LBW)等。在一个实施方案中，熔焊包括沟槽(trough)填充和堆焊中 的至少一种。“沟槽填充”意指通过熔敷一个或多个焊接修补道“填充”而将模塑板上的有缺陷 区域(例如裂纹)去除从而留下的“沟槽”，其经凝固而产生更完好的(例如基本无缺陷) 的熔敷物，其构成修补区域。在一些情形中，还可将沟槽填充称为焊接修补。“堆焊”意指对模塑板上的磨损部分或者需要几何改变的局部(例如，添加特征如 台阶或突出部以实现注塑塑料的所需流动和/或向该板添加特征)所进行的焊接修补，通 过将一个或多个焊道熔敷到顶部和/或彼此相邻来进行。在一些情形中，堆焊还可被称为 焊接修补。如上所述，新7XXX焊接填充合金可有利于生产经修补的7XXX合金产品，其中例如 在如下所述的纹理化操作后，修补的7XXX合金产品具有均勻外观。例如，在用新7XXX焊接 填充合金修补7XXX模塑板后，7XXX合金产品的修补部分(例如焊接熔敷物)在纹理化操作 后可具有与7XXX模塑板的原始非修补部分基本相同的外观。在一个实施方案中，所述外观涉及用修补的7XXX合金产品制造的产品上的颜色 匹配。在一个实施方案中，从修补的7XXX合金产品制备的物品在其外表面具有基本相同的 颜色，包括与修补部分接触的那些外表面。当用肉眼观察时，修补部分具有基本相同的颜色 和外观，当用与标准日光户外光照相当的光照条件和20/20视力(vision)观察时，它似乎 具有与产品原始部分相同的颜色。在另一实施方案中，通过CIELAB分析确定，相对于修补 部分和未修补部分的ΔΕ不大于约1.0。在其它实施方案中，通过CIELAB分析确定，相对于 修补部分和未修补部分的△ E不大于约0. 9，或不大于约0. 8，或不大于约0. 7，或不大于约 0.6，或不大于约0.5，或更低。本领域技术人员公知，ΔΕ是代表两种颜色之间的间距(差别)的数值。可使用 LCH、LAB和其它颜色参数且通过一致的照明源(例如限定波长和瓦特数输出的白光)以一 致、特定的光和基材之间的距离且通过多种ΔΕ方程之一来测量AE。在一个实施方案中， ΔΕ方程基于dE76。在一个实施方案中，ΔΕ方程基于dE94。在一个实施方案中，ΔE方程 基于dE-CMC。在一个实施方案中，ΔΕ方程基于dE-CMC 2 1。在一个实施方案中，ΔΕ方 程基于dE2000。在一个实施方案中，从修补的7XXX合金产品制造的物品在该物品的外表面上具 有基本相同的纹理，包括与修补部分接触的那些外表面。当物品的晶粒尺寸和/或晶粒取 向接近重复，且在一些情形中与原始晶粒部分完全重复(例如，追溯到母片)时，表面在其 外表面上具有基本相同的纹理。在一个实施方案中，当使用7XXX焊接填充合金进行修补时，在焊接步骤后，7xxx 合金产品的修补部分基本无裂纹。在一个实施方案中，当修补7XXX合金产品时，当修补 部分含有的裂纹至少比用AA2319焊接填充合金制造出的相似制备、修补的部分含有的裂 纹量少约5%时，该修补部分基本无裂纹。在另一实施方案中，修补部分含有的裂纹比用
8AA2319焊接填充合金制造出的相似制备、修补的部分含有的裂纹少至少约10%。在又一实 施方案中，修补部分含有的裂纹比用AA2319焊接填充合金制造出的相似制备、修补的部分 含有的裂纹少至少约15%。在一些实施方案中，当修补7XXX合金产品时，修补部分含有的 裂纹可比用AA2319焊接填充合金制造出的相似制备、修补的部分含有的裂纹量少至少约 20%，或少至少约30%，或少至少约40%，或少至少约50%，或少至少约60%，或少至少约 70%。相似制备、修补的部分意指使用相似的焊接工序制备修补部分，不包括选择焊接 填充合金的类型。裂纹是内部或外部的表面开口和/或不连续体。裂纹通常影响原始7xxx 合金产品的性能(例如耐震动性、耐磨损性)。在一个实施方案中，基本无裂纹的修补容积 对(i)结构性能，( )表面纹理和/或(iii)接触修补容积的物品的颜色实现了可忽略的 不利影响(或没有不利影响)。在一个实施方案中，当使用7XXX焊接填充合金进行修补时，在焊接步骤后，7xxx 合金产品例如模塑板或模塑块的修补部分的裂纹显著更小且更少。在一个实施方案中，当 修补7XXX合金产品时，用7XXX基焊接填充合金生产的修补部分的裂纹显著小于且少于用 AA2319焊接填充合金制造出的相似制备、修补的部分的裂纹。在另一实施方案中，当修补 7XXX合金产品时，修补部分的平均裂纹长度比用AA2319焊接填充合金或任何其它焊接填 充合金(例如ΑΑ4043、ΑΑ4145)制造出的相似制备的、修补的部分的平均裂纹长度小至少约 50%。在其它实施方案中，当修补7χχχ合金产品时，修补部分的平均裂纹长度比用ΑΑ2319 焊接填充合金制造出的相似制备、修补的部分的平均裂纹长度小至少约100%，或小至少约 200 %，或小至少约300 %，或小至少约400 %，或小至少约500 %，或至少约600 %，或小至少 约700 %，或小至少约800 %，或更小。在一个实施方案中，当修补7χχχ合金产品时，从7χχχ焊接填充合金制造出的修补 部分的平均裂纹长度不大于约19. Omm(0. 75英寸)。在其它实施方案中，当修补7χχχ合金 产品时，从7ΧΧΧ焊接填充合金制造出的修补部分的平均裂纹长度不大于约10. 2mm(0. 4英 寸)，或不大于约8. 9mm (0. 35英寸)，或不大于约7. 6mm (0. 3英寸)，或不大于约6. 4mm (0. 25 英寸)，或不大于约5. Imm (0. 2英寸)，或不大于约3. 8mm (0. 15英寸)，或更小。在一个实施方案中，当修补7xxx合金产品时，从7xxx焊接填充合金制造出的修补 部分的最大裂纹长度比用AA2319焊接填充合金制造出的相似制备、修补的部分的最大裂 纹长度小至少约200%。在其它实施方案中，当修补7XXX合金产品时，从7XXX焊接填充合 金制造出的修补部分的最大裂纹长度比用AA2319焊接填充合金制造出的相似制备、修补 的部分的最大裂纹长度小至少约400%，或小至少约600%，或小至少约800%，或小至少约 1000%，或小至少约1200%，或小至少约1400%，或小至少约1500%，或更小。在一个实施方案中，当修补7xxx合金产品时，从7xxx焊接填充合金制造出的修补 部分的最大裂纹长度不大于约12. 7mm(0. 5英寸)。在其它实施方案中，当修补7xxx合金 产品时，从7XXX焊接填充合金制造出的修补部分的最大裂纹长度不大于约10. 2mm(0. 4英 寸)，或不大于约8. 9mm (0. 35英寸)，或不大于约7. 6mm (0. 3英寸)，或不大于约6. 4mm (0. 25 英寸)，或不大于约5. Imm (0.2英寸)，或不大于约3.8mm (0. 15英寸)，或更小。例如，可根 据ASTM E165使用染料渗透试验来测量修补部分的裂纹数量、修补部分的平均裂纹长度和 修补部分的最大裂纹长度。
在一个实施方案中，修补部分和/或修补产品与用AA2319焊接填充合金制造出的 相似制备、修补的部分至少同样耐久。例如，使用本文公开的新7XXX焊接填充合金进行修 补的修补的7XXX模塑板可以与使用AA2319的7XXX修补的模塑板至少同样耐久，其中使用 新7XXX焊接填充合金的修补的模塑板获得了至少与使用AA2319的7XXX修补模塑板相同 量的(在可接受的统计偏差内)合格注塑注料量(shot)。合格的注塑注料量是其中使模塑 板产生具有合格纹理和颜色匹配的产品的那些模制注料量。在一个实施方案中，修补部分 的耐久性是用AA2319焊接填充合金制造出的相似制备、修补的部分的至少两倍。在一个实施方案中，修补部分和/或修补产品不具有点蚀(例如开放表面孔隙)。 点蚀意指直径和/或深度大于Imm的不连续体。可从经受修补的模塑板部分、焊接填充合 金和/或保护气体的污染而产生点蚀，被含烃物质(例如油脂)和/或湿气污染或不良焊 接技术污染，所述不良焊接技术留下空隙，所述空隙对在模塑板情形中待纹理化的表面具 有有害影响。在一个实施方案中，修补部分是附着性的(adherent)。附着性意指用于修补7xxx 合金产品的损伤区域的焊接熔敷物可靠地持续附着到使用中的修补部分(例如可重复的 注塑注料)，同时持续保持/提供本文论述的外观和/或功能性所需的性质中的至少一些 (例如耐磨损性、纹理、颜色匹配、耐震动性)。在一个实施方案中，修补部分可与7XXX合金产品一体化。一体化部分意指修补区 域通过与7XXX合金产品熔合和冶金学结合而变为与7xxx合金产品成为一体。在一些实施 方案中，该一体化部分至少部分地有助于使被修补的7XXX合金产品的外观(例如颜色匹 配、纹理)和/或功能性(例如耐震动性、耐磨损性)恢复。在一个实施方案中，修补部分和/或修补的7XXX产品是耐磨损的。耐磨损意指用 于修补7XXX合金产品损伤区域的焊接熔敷物的硬度、韧性和延展性的组合足以耐受使用 中的重复和多次的注塑注料。对于不同的注塑用途(例如不同聚合物)，可选择该焊接熔敷 物的硬度，使得其可与7XXX合金产品原始部分的硬度相容。在一些实施方案中，修补部分 且有时整个修补的7XXX产品可在修补步骤后进行人工时效(例如到合适的状态)以促进 产生修补部分，所述修补部分具有与原始部分类似的硬度和/或耐磨损性。在一个实施方 案中，修补部分和/或修补产品中的每一个均具有与从AA2319焊接填充合金制造出的修补 部分至少相等的硬度。在一个实施方案中，修补部分和/或修补产品中的每一个均是耐热震的。耐热震 意指用于修补7XXX合金产品的焊接熔敷物和原始部分可以经受重复和多次极端的温度变 化而不会开裂和/或一定程度地有害影响修补部分和/或原始部分的性能。在一个实施方案中，修补部分和/或修补产品中的每一个均是耐冲击震动的。耐 冲击震动意指用于修补7XXX合金产品的焊接熔敷物和原始部分可以经受重复和多次机械 性冲击而不会开裂和/或一定程度地有害影响修补部分和/或原始部分的性能。焊接填充合金通常包含锌，且含量为6. 0-11.0重量％。在一个实施方案中，7xxx 焊接填充合金包括至少约6. 5重量％锌。在一些实施方案中，焊接填充合金包括至少约6. 6 重量％ Zn,或至少约6. 7重量％ Zn,或至少约6. 8重量％ Zn,或至少约6. 9重量％ Zn,或至 少约7. 0重量％ Zn。在一个实施方案中，7XXX焊接填充合金包含不大于约9. 0重量％ Zn。 在一些实施方案中，7XXX焊接填充合金包含不大于约8. 5重量％ Zn。
焊接填充合金通常包含镁，且含量为约1.0重量％ -约3.1重量％。在一个实施 方案中，焊接填充合金包括至少约1.3重量％1%。在其它实施方案中，焊接填充合金包括 至少约1. 4重量％ Mg，或至少约1. 5重量％ Mg，或至少约1. 6重量％ Mg。在一个实施方案 中，焊接填充合金包括不大于约2. 8重量％ Mg。在其它实施方案中，焊接填充合金包括不大 于约2. 5重量％ Mg,或不大于约2. 4重量％ Mg,或不大于约2. 3重量％ Mg,或不大于约2. 2 重量％ Mg,或不大于约2. 1重量％ Mg,或不大于约2. 0重量％ Mg,或不大于约1. 95重量％ Mg。焊接填充合金通常包括至少约0. 5重量％铜。该合金通常包括低于合金对的铜溶 解度阈值的铜。在一个实施方案中，该合金包括至少约0.75重量％01。在其它实施方案 中，该合金包括至少约1. 0重量％ Cu，或至少约1. 2重量％ Cu，或至少约1. 3重量％ Cu，或 至少约1. 4重量％ Cu，或至少约1. 5重量％ Cu，或至少约1. 6重量％ Cu。在一个实施方案 中，该合金包括不大于约2. 5重量％ Cu。在其它实施方案中，该合金包括不大于约2. 4重 量％ Cu,或不大于约2. 3重量％ Cu,或不大于约2. 2重量％ Cu,或不大于约2. 1重量％ Cu, 或不大于约2. 0重量％ Cu,或不大于约1. 95重量％ Cu。在一个实施方案中，焊接填充合金是AA7085。以下公开了根据本公开可用的一些 AA 7085的实施方案。表17085 '煌ftJ真充合金的实施方案 7085-V1包含(且在一些情形中基本组成为)约7. 0重量％ Zn-约9. 5重量％ Zn、约1. 3重量％ Mg-约1. 68重量％ Mg、约1. 2重量％ Cu-约1. 9重量％ Cu、约0重量％ Zr-约0. 40重量％ Zr，余量基本由铝和偶存元素及杂质构成。7085-V2包含(且在一些情形中基本组成为)约7. 0重量％ Zn-约8. 5重量％ Zn、约1. 4重量％ Mg-约1. 68重量％ Mg、约1. 3重量％ Cu-约1. 8重量％ Cu、约0. 05重 量％ Zr-约0. 25重量％ &，余量基本由铝和偶存元素及杂质构成。7085-V3包含(且在一些情形中基本组成为)约7. 0重量％ Zn-约8. 0重量％ Zn、约1. 5重量％ Mg-约1. 68重量％ Mg、约1. 4重量％ Cu-约1. 7重量％ Cu、约0. 08重 量％ Zr-约0. 12重量％ &，余量基本由铝和偶存元素及杂质构成。本公开的合金通常包括规定的合金化成分，余量是铝、任选的晶粒组织控制元素、 任选的偶存元素和杂质。如本文所使用的，“晶粒组织控制元素”意指作为旨在形成第二相颗粒(通常处于 固态)以在热过程例如恢复和再结晶期间控制固态晶粒组织改变而特意添加的合金化添 加物的元素或化合物。晶粒组织控制元素的例子包括Zr、Sc、V、Cr、Mn和Hf 等。
用于合金中的晶粒组织控制材料的量通常依赖于用于晶粒组织控制和合金制造 过程的材料的类型。当在合金中包括锆(Zr)时，其含量可以是至多约0.4重量％，或至多约 0.3重量％，或至多约0.2重量％。在一些实施方案中，该合金以约0.05重量％ -约0. 15 重量％的量(例如约0. 08重量％ -约0. 13重量％ )包含&。该合金可以含有钪(Sc)、钒 (V)、铬(Cr)、锰(Mn)和/或铪(Hf)(整体或部分)作为&的替代，且因而可以与&相同 或相似的量包含于合金中。在一些实施方案中，不使用晶粒组织控制元素，例如当本来无需 进行控制(例如再结晶)时。如本文所使用的，“偶存杂质”意指可任选添加到合金中以有助于生产合金的那些 元素或材料。偶存元素的例子包括铸造助剂，例如晶粒细化剂和脱氧剂。晶粒细化剂是在合金凝固期间引晶形成新晶粒的孕育剂或核心。晶粒细化剂的例 子是包含96%铝、3%钛(Ti)和硼⑶的9. 5mm(3/8英寸)棒，其中几乎所有的硼以细 分散的TiB2颗粒存在。在铸造期间，将晶粒细化棒并行送入以受控速率流入铸造坑(pit) 的熔融合金中。该合金中包括的晶粒细化剂的量通常取决于用于晶粒细化的材料类型和合 金生产过程。晶粒细化剂的例子包括与B (例如TiB2)或碳(TiC)结合的Ti，然而可使用其 它晶粒细化剂例如Al-Ti母合金。通常，根据所需的铸态晶粒尺寸，可以按0. 0003-0. 03重 量％的量将晶粒细化剂(例如碳或硼)加入合金中。此外，可将Ti单独以至多0. 03重量％ 的量添加到合金中以提高晶粒细化剂的效力。当合金中包括Ti时，其通常以至多约0. 10 重量％或0. 20重量％的量存在。可以将一些合金化元素在铸造期间加入合金中以降低或限制(且在一些情形中 消除)铸锭因例如氧化物褶皱、点蚀和氧化物斑点而引起的开裂，本文通常将所述合金化 元素称为脱氧剂(与是否实际进行脱氧无关)。脱氧剂的例子包括Ca、Sr和Be。当合金 中包含钙(Ca)时，其通常以至多约0.05重量％，或至多约0.03重量％的量存在。在一些 实施方案中，合金中的Ca含量为约0. 001-约0. 03重量％，或约0. 001重量％ -约0. 05重 量％，或0. 001重量％ -约0. 008重量％ (或约10-约80ppm)。合金可包括锶(Sr)作为 Ca的替代(整体或部分)，且因而可以在合金中包括与Ca相同或相似量的锶(Sr)。常规 地，铍(Be)添加物有助于降低铸锭开裂的倾向，然而出于环境、健康和安全原因，该合金的 一些实施方案基本无Be。当合金中包含Be时，其通常以至多约20ppm的量存在。偶存元素可以按较少量存在，或可以按大的量存在，且可以独立地添加所需或其 它特性而不背离本文所述的合金，只要该合金保持本文论述的所需特性即可。然而，应理 解，通过以不影响本文所需和所获得性能组合的量添加一种或多种少量元素不应/不能偏 离本公开的范围。如本文所使用的，杂质是因例如铝的固有性质和/或从与制造设备接触浸出而以 少量存在的那些材料。铁(Fe)和硅(Si)是通常存在于铝合金中的杂质的例子。该合金的 Fe含量通常应不超过0. 25重量％。在一些实施方案中，该合金的Fe含量不大于约0. 15重 量％，或不大于约0. 10重量％，或不大于约0. 08重量％，或不大于约0. 05重量％或约0. 04 重量％。同样，该合金的Si含量通常应不超过约0.25重量％，且通常小于Fe含量。在一 些实施方案中，该合金的Si含量不大于约0. 12重量％，或不大于约0. 10重量％，或不大于 约0. 06重量％，或不大于约0. 03重量％或约0. 02重量％。除非另外指出，否则，当表示元素量时，表述“至多”意指元素组分是任选或偶存的，且包括零含量的该特定组成组分。除非另外指出，否则，所有组成百分数均是重量百分 数(重量％)。在图3中示出了根据本公开有用的一个实施方案。方法(300)包括定位模塑块的 表面缺陷或磨损部分(310)，和通过7xxx焊接填充合金修补表面缺陷或磨损部分(320)。在 修补步骤(320)之前，表面缺陷(或磨损部分)具有第一容积，其被原始容积至少部分地围 绕。模塑块包括原始容积，且由形变7xxx铝合金制成。修补步骤(320)可包括将7xxx焊 接填充合金熔焊到无缺陷容积的至少一部分以产生修补容积。在另一实施方案中，修补步 骤(320)包括补焊。补焊是出于修补损伤区域(例如裂纹、磨坏区域)目的而在局部区域 中进行的焊接，且其具有补块外观。在一个实施方案中，修补步骤(320)包括通过堆焊步骤(350)修补表面缺陷或磨 损部分。例如，修补步骤(320)包括将修补部分堆焊(350)到高于7xxx合金产品外表面的 高度。例如，这对于再堆焊模塑板的磨损部分或赋予新的几何特征以改善对注入的塑料流 动的控制或添加新功能特征以便将注入部件成型为所需最终形状可能是有用的。在另一实施方案中，修补步骤(320)包括通过除去表面缺陷(360)填充沟槽。例 如，修补步骤(320)包括通过将7xxx焊接熔敷物熔敷到沟槽或表面缺陷顶部和邻近而将有 缺陷区域沟槽填充(360)到其原始形状。例如，这对于修补模塑板损伤部分以改善对注入 的塑料流动的控制从而产生射压塑料部件可能是有用的，所述射压塑料部件具有与用未损 伤模塑板生产的射压塑料部件相似的所述最终形状。在修补步骤(320)后，无论通过堆焊(350)或填充(360)，修补的容积可包括表面 缺陷的第一容积和与原始缺陷容积邻近的原始模塑板的至少一部分，所述原始缺陷容积搀 入和混有熔融填充合金，所述熔融填充合金填充缺陷容积，并将其替为修补容积。在一个实施方案中，在修补步骤(320)后，7xxx合金产品的修补部分可任选地在 纹理化步骤(340)中进行纹理化。在一些情形中，可通过机械压印、化学蚀刻或二者结合完 成纹理化步骤(340)。在一些实施方案中，使修补的模塑板纹理化可改善注塑生产率，且使 模塑板具有较长寿命(例如，可使用更长时间，可持续更长时间)。在一个实施方案中，修补容积(进行纹理化或不进行纹理化)基本无裂纹。在另 一实施方案中，在具有纹理化或不具有纹理化的修补步骤(320)后，通过修补的7xxx合金 产品生产(330)物品。在一个实施方案中，通过修补的7xxx合金产品生产的物品的外表面 在其外表面上具有基本相同的颜色。在另一实施方案中，在具有纹理化或不具有纹理化的 修补步骤(320)之后，通过修补的7xxx合金产品生产的物品的外表面在其外表面上具有基 本相同的纹理。在一个实施方案中，修补部分的平均高度可以比7xxx合金产品的周围外表面的 高度高至少约6. 4mm (0. 25英寸)。在其它实施方案中，修补部分的平均高度比7xxx合金产 品的周围外表面的高度高至少约12. 7mm(0. 5英寸)、或高至少约25. 4mm(l. 0英寸)、或高 至少约38. 1mm (1. 5英寸)、或高至少约50. 8mm (2. 0英寸)、或高至少约63. 5mm (2. 5英寸)、 或高至少约76. 2mm (3. 0英寸)，或高至少约88. 9mm (3. 5英寸)、或高至少约101. 6mm (4. 0英 寸)，或更高。当修补7xxx合金产品时，这样堆焊的修补部分的强度可显著高于从AA2319 焊接填充合金制造出的相似制备的堆焊修补部分的强度。在一个实施方案中，当修补7xxx合金产品时，这样的堆焊修补部分的极限拉伸强度比从AA2319焊接填充合金制造出的相似制备的堆焊修补部分的极限拉伸强度高至少 约10%。在其它实施方案中，当修补7xxx合金产品时，这样的堆焊修补部分的极限拉伸强 度比从AA2319焊接填充合金制造出的相似制备的堆焊修补部分的极限拉伸强度高至少约 15%,或高至少约20%，或高至少约25%，或高至少约30%，或高至少约35%，或更高。在一 个实施方案中，堆焊修补部分实现了至少约170MPa的极限拉伸强度。在其它实施方案中， 堆焊修补部分实现的极限拉伸强度为至少约175MPa，或至少约180MPa，或至少约185MPa， 或至少约190MPa，或至少约195MPa，或至少约200MPa，或至少约205MPa，或更高。这些从 7xxx焊接填充合金制造出的堆焊修补部分还可实现上述开裂性能。以下实施例证明了本公开的7XXX焊接填充合金在恢复和修补7XXX系列模塑板中 的有效性。在这些实施例中，将从AA7085和AA2319焊接填充合金制造的焊接熔敷物用于 恢复和修补AA7085模塑板。实施例1-用AA2319和AA7085焊接填充合金焊接修补7085樽塑板为了试验本公开的焊接填充合金的有效性，在两个模塑板中产生了不连续体，所 述两个模塑板是从AA7085制成的。如图4所示，模塑板是具有表面不连续体420的半英 寸厚的铝合金板410。通过机加工产生不连续体420以评价新AA7085焊接填充合金相比 AA2319焊接填充合金的效果。不连续体420是具有约2. 5mm(0. 1英寸)深度、约50. 8mm(2 英寸)长度和约19. 1 (0. 75英寸)宽度的孔穴。如图5所示，使用AA2319焊接填充合金，根据焊接填充合金的工业标准，修补第一 AA7085模塑板510的不连续体520以熔敷三个修补焊缝530。将气体保护钨极电弧焊用于 完成修补过程。使用显微镜检测AA2319修补焊缝530，如AA2319焊接熔敷物530的截面宏 观图(15X)和显微图(200X)所示。每一焊接熔敷物530包括多个焊接组织例如熔合线， 如虚线所最佳显示的。尽管焊接熔敷物530看似完好且在焊缝本体(a)中没有观测到表面 裂纹，但裂纹存在于三个焊接熔敷物和模塑板中每一个的熔合线处。换言之，在焊接熔敷物 530和模塑板510之间的熔合线处(b)、(c)、(d)处可见裂纹，如虚线所最佳显示的。此外， 在熔合线处的一些裂纹沿着模塑板510(b)，(d)的晶界扩展。如图6所示，使用新AA7085焊接填充合金修补第二 AA7085模塑板610中的不连 续体620，以便在模塑板610上熔敷焊缝630。将气体保护钨极电弧焊用于完成修补。使用 显微镜检测了 AA7085修补焊缝630，如AA7085焊接熔敷物630的截面宏观图(15X)和显 微图(200X)所示。焊接熔敷物630基本完好且在焊缝本体(a)内没有观测到表面裂纹。 在界面(b)、(c)、(d)处的熔合线无裂纹。换言之，在焊接熔敷物630和模塑板610之间的 界面(b)、(c)、(d)中没有观察到裂纹。实施例2-用TiB2改性的AA7085焊接填充合金焊接修补7085模塑板如图7所示，为了进一步试验本公开的焊接填充合金的有效性，在模塑板710中产 生不连续体720，所述模塑板710是从AA7085制成的。用含有约0. 06重量％ Ti和约0. 02 重量％ B的AA7085修补了不连续体720。使用显微镜检测了用AA7085_TiB2产生的焊接修 补熔敷物730，如AA7085-TiB2焊接熔敷物730的截面宏观图(15X)和显微图(200X)所 示。焊接熔敷物730基本是完好的，且在焊缝本体(a)内没有观测到表面裂纹。在熔合线 (b)可见裂纹，在(d)处观测到最少量裂纹，而在(c)处基本不存在裂纹。换言之，尽管在熔 敷物730的熔合线处观测到裂纹，但与用AA2319填充合金所形成的裂纹(图5)相比，用该AA7085基填充合金仍存在裂纹的显著减少。图8是在用AA7085-TiB2焊接填充合金830填充不连续体820之后修补的铝合金 模塑板810的自上至下的视图。实施例3- m AA7085和AA2319焊梓埴充合金焊梓'溶敷7085 板图9显示了使用点固焊接头106连接到模塑板104的引入板102a和引出板102b。 引入板102a和引出板102b及模塑板104厚约6. 4mm(0. 25英寸)，且由AA7085制得。将引 入板102a和引出板102b的边缘108弄尖以促进焊接熔敷过程，有时还称为板恢复或堆焊 过程。引入板是焊接电弧可以产生初始熔敷物的侧部，该焊接电弧穿过模塑板表面(必要 时)而继续，且终止于引出板。现在参考图10-13，在焊接熔敷过程之前，在制备样品中进行若干预焊步骤，所述 预焊步骤包括通过机加工或研磨形成引入板102a和引出板102b的形状和尺寸，将引入板 102a和引出板102b点固焊到模塑板104上(图10)，溶剂清洗并干燥(图13)，用不锈钢刷 磨蚀待焊接熔敷的区域(图11)或用手持刳刨器进行研磨(图12)，和在准备焊接熔敷过程 中将该区域再次溶剂清洗并干燥(图13)。图10显示了通过点固焊接头106连接到模塑板104的引入板102a和引出板102b 的棱角。通过机加工或研磨预制造了引入板102a和引出板102b的尺寸和形状，包括弄尖的 边缘108。图11显示了在准备用手工GTAW方法以AC(交流电)模式操作来形成焊接熔敷 物中，通过不锈钢刷110磨蚀或刷制的引入板102a和引出板102b，包括其间的模塑板104 部分。图12显示了在准备以交替较深电弧渗透DC(直流电)模式形成焊接熔敷物中通过 手持刳刨器112进行研磨除去任何潜在表面氧化物的引入板102a和引出板102b，包括其间 的模塑板104部分。图13显示了在准备以AC和DC两种模式形成焊接熔敷物中进行溶剂 清洗并干燥的引出板102a和引出板102b，包括其间的模塑板104部分。图14显示了填入电弧的填料棒114，同时使用手工GTAW方法焊接引入板102a和 模塑板104顶部。可通过在引出板102b上完成焊缝而结束该过程。图15显示了跨引入板102a和引出板102b及模塑板104形成的三条焊接熔敷物 116，焊接熔敷物116开始于引入板102a，穿过模塑板104继续，终止于引出板102b。在表2中总结了对于使用AA7085填充丝/棒和AA2319焊接填充丝/棒作为填充 材料114的手工GTAW熔敷和最终形成焊接熔敷物116的处理条件。模塑板104的尺寸为 长约310mm (12英寸)，宽约310mm (12英寸)，且高约191mm (7. 5英寸)。模塑板104的尺寸 和形状足以充当用于表2焊接熔敷试验作业的合适散热器。表2-用于手工GTAW的处理条件 图16-18是具有从约13mm(0. 5英寸)到约51mm(2英寸)的多种厚度⑴的焊接 熔敷物116的顶部和侧部透视图。图16-17的焊接熔敷物116对应于试验1和3(AA7085， 在相对侧为AC和DC)，而图18的焊接熔敷物116对应于试验2和4 (AA2319，在相对侧为AC 和DC)。这些焊接熔敷物116的厚度或高度取决于进行的焊道的数目。通常，焊道数目越 多，焊接熔敷物116越厚或越高。图19-20显示了用染料渗透剂试验检测图16-18的焊接熔敷物116的开放表面不 连续体(例如裂纹、孔隙、其它缺陷)的顶部透视图。图21-23是图16-18的焊接熔敷物116 的顶部和侧部透视图，所述焊接熔敷物在机加工焊接熔敷物116部分之后具有基本平坦的 表面，使得焊接熔敷物116和模塑板104基本平坦。还通过机加工步骤除去引入板102a和 引出板102b。对模塑板104 (图22)进行机加工或研磨从而便于视觉检测位于焊接熔敷物116 底部⑶处的裂纹。在图22中，在底部⑶处获得了至少约10mm(0.4英寸)的深度(D)， 在此熔合线近似位于堆焊物116和模塑板104之间。底部⑶限定了模塑板104和焊接熔 敷物116之间的边界。通过机加工至模塑板104部分，暴露出底部(B)以便于视觉检测和 染料渗透剂检测。图24-25显示了用染料渗透剂试验检测图21-23的焊接熔敷物116的开放表面不 连续体(例如裂纹、孔隙、其它缺陷)的顶部透视图。图26-29是穿过焊接熔敷物116的截 面宏观图/显微图(15X/100X)，其中图26和27分别对应于试验1和3，且图28和29分 别对应于试验2和4。用AA7085焊接填充合金制造的近似位于焊接熔敷物116的(B)处的裂纹(图 26-27)比用AA2319焊接填充合金制造的焊接熔敷物116在熔合线处的裂纹量(图28-29) 在数量上更少且更不严重。换言之，AA7085焊接熔敷物116(图26-27)内的裂纹通常比 AA2319焊接熔敷物116(图28-19)中的裂纹更少且更小。可将厚度为至少约51mm(2英寸)的焊接熔敷物用于恢复具有至少约191mm(7. 5 英寸)厚度的模塑板。具体地，当恢复AA7085模塑板时，从AA7085焊接填充合金制造出 的恢复部分比从AA2319焊接填充合金制造出的相似恢复部分具有更少的裂纹。此外，从 AA7085焊接填充合金制造出的焊接熔敷物中的裂纹长度比从AA2319焊接填充合金制造出 的焊接熔敷物中的裂纹长度更小且更短。实施例4-用AA7085和AA2319焊接填充合金焊接修补7085模塑板图30显示了形成于模塑板204表面上的多个缺陷202的顶部透视图。可通过机 加工模塑板204产生缺陷202，使得每一缺陷202具有至少约3. 2mm(0. 125英寸)的深度。 模塑板204具有约191mm(7. 5英寸)的厚度且由AA7085制成。模塑板204内的缺陷202 可用于验证AA7085和AA2319焊接填充合金在修补这些缺陷202中的特性。图31显示了焊接修补过程的顶部透视图，其中将填充合金熔敷于缺陷202中以形 成焊接熔敷物206。用于熔敷填充合金和形成焊接熔敷物206的处理条件与表2中显示的 那些条件类似。在模塑板204上半部分的三个焊接熔敷物206对应于试验1，而在模塑板 204下半部分的三个焊接熔敷物206对应于试验2。如上，在焊接修补过程前，使缺陷202经受与上述实施例1所述类似的预处理过程。预处理过程包括溶剂清洗，用不锈钢刷进行 磨蚀，且对于AC模式进行溶剂清洗并干燥。图32显示了图31的焊接熔敷物206的顶部透视图，在焊接熔敷物206已被机加 工至与模塑板204的顶表面平齐使得焊接熔敷物206和模塑板204基本平坦之后，将染料 渗透剂施加于顶侧部以提供裂纹或其它缺陷的视觉指示。图33显示了图32的模塑板204 表面的顶部透视图，所述表面施加有显影剂使得焊接熔敷物206内的裂纹可得到突显且通 过着色染料更为可见。染料渗透剂检测显示了在AA2319焊接填充合金形成的焊接熔敷物 206 (下半部分)中的裂纹通常比AA7085焊接填充合金形成的焊接熔敷物206 (上半部分) 中的裂纹更宽、在长度上更长且更可见。正如所示，在与模塑板204下半部分上的AA2319焊 接填充合金相关的三个焊接熔敷物206中的裂纹相比与模塑板204上半部分上的AA 7085 焊接填充合金相关的三个焊接熔敷物206中的裂纹更可见(使用着色染料和显影剂)。在表3中总结了焊接熔敷物206的平均裂纹长度和最大裂纹长度。表3-焊接熔敷物的平均裂纹长度和最大裂纹长度 由图33的焊接熔敷物206得到的平均裂纹长度和最大裂纹长度的对比显示了用 AA2319焊接填充合金制造的焊接熔敷物206中的裂纹至少比用AA7085填充合金制造的焊 接熔敷物206在平均裂纹长度(例如30. 5mm相对于3. 3mm)和最大裂纹长度(例如47. 5mm 相对于3. 8mm)方面大至少一个数量级。图34-35显示了使用AA2319填充合金(图34)和AA7085填充合金(图35)的焊 接熔敷物206修补的缺陷202的截面宏观图/显微图(15X/100X)。使用AA2319焊接填 充合金修补的表面缺陷202的显微图(100X)相对于使用AA7085焊接填充合金修补的表 面缺陷202的显微图(100X)显示出更严重的开裂。如上，在用AA7085焊接填充合金制造 的焊接熔敷物206的熔合线(B)附近处的裂纹量(图35)比在用AA2319焊接填充合金制 造出的焊接熔敷物206的熔合线(B)附近处的裂纹量(图34)在数量上更少且更不严重。图36是显示在AA7085模塑板上使用AA7085和AA2319焊接填充合金的焊接熔敷 物的极限拉伸强度(UTS)和延伸率(E)之间关系的坐标图。UTS测量横跨熔合线(例如，⑶ 附近)。正如所示，从AA7085焊接填充合金制造出的焊接熔敷物206具有的UTS比从AA2319 焊接填充合金制造出的焊接熔敷物206高约38%。此外，AA7085的标准偏差是AA2319的 约1/3。从AA7085焊接填充合金制造出的焊接熔敷物206中的大多数裂纹位于模塑板204 的热影响区(HAZ)内沿着晶界，且通常近似垂直于熔合线(例如，(B)附近)而取向，而在 从AA2319焊接填充合金制造出的焊接熔敷物206中的大多数裂纹在熔合线(例如，(B)附 近)和HAZ两者中。因此，相比使用AA7085焊接填充合金制造的焊接熔敷物206 (图35)， 使用AA2319焊接填充合金制造的焊接熔敷物206 (图34)沿着焊接熔敷物206的边缘和熔 合线(例如，(B)附近)显示出更大量的染料渗透剂裂纹指示。
具有至少约3.2mm(0. 125英寸)厚度的焊接熔敷物可用于修补具有至少约 191mm(7. 5英寸)厚度的模塑板。具体地，当修补AA7085模塑板时，从AA7085焊接填充合 金制造出的修补部分的平均裂纹长度和最大裂纹长度至少比从AA2319焊接填充合金制造 出的相似修补部分低至少一个数量级。此外，用AA7085焊接填充合金修补的表面缺陷具有 的UTS比用AA2319焊接填充合金修补的相似表面缺陷强约38%。对于实施例1-4的上述结果显示7xxx系列焊接填充合金可用于修补7xxx模塑 板。上述形成于模塑板中的缺陷/不连续体可能是标准模制操作的结果，且可以为多种形 状和尺寸。缺陷/不连续体可包括模塑板表面上的物理裂痕、损伤和/或裂纹中的一种或 多种。所得的缺陷/不连续体可使模塑板基本不可用。改善的焊接熔敷物可至少部分归因 于AA 7085焊接填充合金和AA7085模塑板之间基本相似的固相线温度。此外，图5-7的显微图说明，相比用AA2319铝合金焊接填充合金制造的焊缝(图 5)，对于用AA7085铝合金焊接填充合金制造的焊接熔敷物(图6-7)可实现在熔合线和热 影响区处的裂纹的大量减少。此外，使用AA7085焊接填充合金可发生减少或受限的开裂， 但用AA2319焊接填充合金则可发生严重开裂。可根据ASTM E165"Recommended Practice for Liquid Penetrant Inspection Method，，测量焊缝开裂标准。在这些情形中，裂纹数量 越少，焊接熔敷物表面就越完好。在很多情形中，在焊接熔敷物中及其附近的较少的裂纹量 可能表明，焊缝更完好地、冶金学地与邻近的有缺陷容积的未受影响的模塑板结合，所述有 缺陷容积作为焊接修补物的一部分而被除去。在一些情形中，用AA7085焊接填充合金制造的焊缝的显微组织比用AA2319焊接 填充合金制造的焊缝的显微组织更加等轴(具有近似相同长度的轴)，后者呈枝晶状(在所 有方向上树状分支)。此外，用TiB2改性的AA7085焊接填充合金制造的焊缝的显微组织似 乎比用未改性的AA7085铝合金制造的焊缝的显微组织更细。更等轴的焊缝显微组织与裂 纹的减少一起表明，使用基本相似的7xxx焊接填充合金而非工业标准2319焊接填充合金 可在修补7xxx模塑板中的缺陷/不连续体中实现更好的性能。焊缝的视觉检测还揭示了用AA7085焊接填充合金制造出的焊缝比AA2319修补部 分的焊缝具有与7xxx模塑板(或模塑块)更相似的外观。这对于例如塑料部件的注塑可证 明是有用的，因为用7xxx焊接填充合金修补的模塑板制造出的物品与由未修补模塑板制 造出的那些物品不可区分。换言之，在7xxx修补焊接区域周围的颜色和/或纹理可与7xxx 模塑板原始表面的颜色和/或纹理基本相似。尽管仅对7085焊接填充合金进行了试验，但预期可用相似的7xxx焊接填充合金 修补相似的7xxx模塑板。例如，预期可用AA7140焊接填充合金修补从AA7140制造的模塑 板。还预期，可完成一些混合和匹配，其中可用AA7085焊接填充合金修补AA7140模塑板。 可用具有相对高的铜量(例如至少约0. 5重量％ )的其它7xxx焊接填充合金实现相似的 结果，而这不同于常规认识。可证明其它7xxx焊接填充合金和7xxx合金产品的组合是适 用的。与使用的7xxx焊接填充合金的类型无关，在焊接修补熔敷物中的焊接不连续体 (例如裂纹和孔隙)的水平对于使用中遇到的特定用途和条件应当是可接受的。一些有用 性能包括但不限于高耐磨蚀性、耐热和机械震动性和在提高温度下的材料强度。其它特性 包括整体外观、颜色匹配、点蚀、附着和硬度。在一种情形中，焊接修补区域的平滑度允许易于与模塑板的邻近表面协调(blend)。在一些情形中，7xxx焊接修补熔敷物与7xxx模塑板的化学相容性在通过化学蚀 刻和/或机械磨蚀进行纹理化后可得到增强。可进行纹理化以便将模塑板基本恢复到其原 始纹理。在一些实施方案中，可特别通过机械压印、化学蚀刻或二者的组合完成纹理化。将 模塑板恢复到其原始纹理的尝试对于控制注塑部件的表面和在注塑过程中防止它们粘结 到模塑板和取出所述部件可能是有用的。换言之，将模塑板恢复到其原始纹理或者使熔合 焊接修补尽可能与原始纹理接近对于所制造的物品或塑料模制部件是有用的，所以制造的 物品在制造物品的合适外表面上具有基本相同纹理。在一个实施方案中，当用于修补7xxx 合金产品时，相比AA2319焊接填充合金，新7xxx焊接填充合金使得更快和更容易地产生 7xxx合金产品的合适纹理。现在参考图37，该图显示了修补的和有纹理(grain)的AA7085板片(例如模塑 板)的两种不同纹理化面层的照片。用AA7085焊接填充合金填充和修补AA7085板片。图 37的左侧显示了几何图案纹理，而图37的右侧显示了模拟皮革(leather)的纹理。正如所 示，在AA7085板片上的AA7085焊接修补熔敷物的纹理化可增强AA7085板片，并基本将其 恢复到其原始纹理。现在参考图38，该图显示了修补的和有纹理的AA7085板片(例如模塑板)的两 种不同纹理化面层的所得树脂试验的照片。用AA7085焊接填充合金填充和修补AA7085板 片。图38显示了使用修补的且有纹理的AA7085板片而将出现在塑料元件上的所得面层， 其可得到增强并被基本恢复到其原始纹理，且用于在所得7xxx合金产品上产生相应的合 适纹理。此外，AA7085焊接填充合金在化学再纹理化之后于模塑板的修补区域和未修补区 域之间的可提供更好的颜色和纹理匹配。而且，在焊接熔敷物自身中可观测到极少裂纹甚 至没有裂纹，所述焊接熔敷物主要由铸造组织构成。来自多重焊道的多层焊接熔敷物中极 少甚至没有裂纹，这可表明改性的AA7085焊接填充合金或其它7xxx系列铝合金可被纳入 焊接熔敷或修补过程。判断基础材料和填充合金之间的化学相容性的特性之一是当注塑塑料部件从修 补的模塑板除去时对所述注塑塑料部件赋予的变色程度。部件的变色可能由以下因素引 起纹理化的焊接修补区域中的变动(例如与原始铝合金模塑板相比所述区域经受蚀刻的 方式)，这可导致由塑料部件反射和吸收光的方式的可视改变；和/或(一种或多种)铝合 金从焊接熔敷物实际浸出进入塑料部件。在一个实施方案中，从7xxx焊接填充合金产生的 焊接修补区域对生产用途的产品或部件引起极少变色或没有引起变色。此外，在化学纹理 化操作期间，焊接修补熔敷物点蚀的程度受到限制，且在一些情形中得到最小化或消除，所 述点蚀程度可增加塑料粘附的程度且不利地影响从模塑板进行除去的容易性和/或所述 部件的外观。在一个实施方案中，用7xxx焊接填充合金修补7xxx模塑板的方法可包括a)除 去模塑板上的受影响(例如损伤、开裂、磨损)区域(例如通过研磨或机加工)，b)清洗所 述区域(例如用溶剂、干燥、用不锈钢刷进行刷制、再次溶剂清洗并干燥)，c)例如，通过使 用所公开的7xxx合金焊接填充合金使7xxx焊接熔敷物熔敷在顶部且彼此相邻(例如借助 于手工气体保护钨极电弧焊方法进行)而将所述区域“沟槽填充”或“堆焊”(或恢复)到其原始形状，和d)机械磨蚀(例如研磨)焊接熔敷物和未受影响的模塑板的邻近区域，使 得焊接熔敷物与其邻近的模塑板的未受影响表面协调。可针对注塑塑料样品来检查本文上述的7xxx焊接修补区域和/或焊件修补技术 的品质和特性，所述塑料样品是采用注塑条件(例如模具纹理、注模的温度和注塑的压力) 从所针对的塑性材料(例如聚乙烯和聚丙烯)制造的，且其具有所需表面特性(外观、纹 理、颜色和/或光泽的均勻性)。将这些样品用作“标准”，在所述焊接修补之后根据该标准 制造样品。通过检测“标准”样品和用被评价的修补的焊接填充合金和/或技术制造的样 品并比较其表面特性，能够判断实验样品的品质。进行比较的属性包括a)整体样品外观， b)跨样品的纹理和均勻性(例如存在凹坑)，c)颜色均勻性(颜色匹配，且是否在“标准” 样品与试样样品和/或对应于修补区域的试样样品的表面与其邻近未受影响模具表面之 间没有良好的颜色匹配)或光泽，特别在模塑板的修补区域与其邻近未受影响表面之间。使用7xxx焊接填充合金修补7xxx合金产品的附加益处可包括改善的电化腐蚀 性。例如，因为7xxx铝合金具有与用7xxx焊接填充合金修补焊接的容积几乎相同的溶液 电势(例如电动势)，相比用非7xxx系列焊接填充合金(例如AA2319)的焊接修补容积，在 各种环境下(例如在潮湿环境下存储)对于修补区域可能存在降低的电化腐蚀的倾向。在一些情形中，可将使用AA7085焊接填充合金形成的焊接熔敷物纳入GTAW过程 中，因为AA7085焊接填充合金可被气体钨电弧熔化且实现与AA2319焊接填充合金相当的 流动或粘性。此外，AA7085焊接填充合金不引起电弧稳定性的异常扰动，且通常产生几何 形状一致的焊接熔敷物(例如低水平的孔隙率)。在AC和DC两种焊接模式下，可将AA7085焊接填充合金用于修补AA7085模塑板。 相比当在DC模式下进行焊接时，在AC模式下的焊接在焊接前需要较低水平的预防措施来 除去表面氧化物。从将填充合金电弧焊到7085模塑板而排出的焊接烟气可需要使用有效的空气流 通(例如在接近于焊接区域处设置排气管)以有效除去氧化锌和来自焊接区域的其它烟气。尽管参照几个实施方案详细说明了使用所公开的方法、系统和设备的焊接修补和 修补的模塑板，然而，在本公开的范围和精神内存在附加变体和修改。
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权利要求
包括如下步骤的方法(a)定位模塑块上的表面缺陷；(i)其中所述表面缺陷具有第一容积；(ii)其中所述表面缺陷被原始容积至少局部地围绕；(iii)其中所述模塑块包括原始容积；(iv)其中所述模塑块由形变铝合金制成；和(v)其中所述形变铝合金是第一7xxx系列铝合金；(b)修补所述表面缺陷，其中所述修补包括将焊接填充铝合金熔焊到原始容积的至少一部分以产生修补的容积；(i)其中所述修补的容积包括表面缺陷的第一容积和至少一部分原始容积；(ii)其中焊接填充铝合金是第二7xxx系列铝合金。
2.如权利要求1所述的方法，其中第一7XXX系列铝合金和第二 7XXX系列铝合金具有 基本相同的组成。
3.如权利要求1所述的方法，其中第一7XXX系列铝合金选自7085、7140、7040、7X36、 7X49、7X50、7055、7056、7X75、7081和 7095。
4.如权利要求1所述的方法，其中第一和第二7XXX系列铝合金包括至少约0. 5重量％Cu.
5.如权利要求4所述的方法，其中第一和第二7XXX系列铝合金包括至少约1. 0重量％Cu.
6.如权利要求5所述的方法，其中第一和第二7XXX系列铝合金包括约6. 0重量％ -约 9. 5重量％的Zn和约1.0重量％ -3. 1重量％的]\%。
7.如权利要求1所述的方法，其中在修补步骤(b)之后，通过该模塑块制造模制物品， 其中所述模制物品在其整个外表面具有基本相同的颜色。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述模制物品在其整个外表面具有基本相同的纹理。
9.如权利要求1所述的方法，其中在修补步骤(b)之后，修补的容积是基本无裂纹的。
10.如权利要求1所述的方法，其中熔焊步骤包括 在模塑块外表面上方堆焊至少约0. 25英寸厚的修补层。
11.如权利要求10所述的方法，其中在堆焊步骤后，修补层可在模塑块的外表面上方 具有至少约1英寸的厚度。
12.7XXX注塑模块，具有适用于生产注塑部件的特征， 其中注塑模块基本由7XXX铝合金构成，其中注塑模块包含修补容积和邻近的原始容积， 其中修补容积包含焊接到原始容积的7XXX焊接填充合金，且 其中修补容积是基本无裂纹的。
13.7XXX注塑模块，具有适用于生产注塑部件的特征， 其中注塑模块基本由7XXX铝合金构成，其中注塑模块包含修补容积和邻近的原始容积，其中修补容积包含焊接到原始容积的7XXX焊接填充合金， 其中修补容积具有高于原始容积至少约0. 25英寸的平均高度，且 其中修补容积具有至少约170MPa的极限拉伸强度。
全文摘要
公开了7xxx铝合金焊接填充合金及其使用方法。可将7xxx铝合金焊接填充合金用于修补7xxx合金产品。7xxx合金产品的修补容积可以是基本无裂纹的，且可有利于修补的7xxx铝合金产品的再利用。
文档编号B23K37/00GK101890599SQ20101016995
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月29日 优先权日2009年4月29日
发明者D·W·盖多斯, I·斯图尔, J·C·林, K·L·威廉姆斯 申请人:美铝公司