關(guān)于鋁的螺柱焊接工藝
鋁具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗腐蝕能力,有利于變形特性以及有較大的比強(qiáng)度,因此在工業(yè)方面得到了廣泛的應(yīng)用。 但是,鋁釘焊接時(shí)的特征與鋼有很多不同之處。焊接鋁與焊接鐵基材料有所不同,與兩者物理特性有關(guān)下表列出影響純鋁與鐵焊接性能的物理特性值。
物理性能 |
單位 |
鐵 |
鋁 |
金屬的密度 |
g/cm3 |
7.85 |
2.7 |
氧化物的密度 |
g/cm3 |
3.70 |
3.4 |
金屬的熔點(diǎn) |
℃ |
1539 |
660 |
氧化物的熔點(diǎn) |
℃ |
1460-1580 |
2050 |
固態(tài)時(shí)的溶氫能力① |
cm3/100g |
8 |
0.05 |
導(dǎo)熱率 |
W/(cm·K) |
0.58 |
2.2 |
導(dǎo)電性 |
Ω·m/mm2 |
10 |
35 |
液體剛剛凝固時(shí)。 |
根據(jù)這些物理性能方面的區(qū)別,鋁焊接時(shí)的特征是:
(1)和氧的高親和力:在短時(shí)間內(nèi)能夠在光澤鋁板平面生成高熔點(diǎn)的氧化層(A1203),其熔點(diǎn)溫度大約2050℃。而它的密度較大,約3.70 g/cm3,造成夾渣和增加未熔合的危險(xiǎn)。
(2)熔點(diǎn):鋁比鐵的熔點(diǎn)低很多。鋁加熱時(shí),當(dāng)鋁還不太紅時(shí)就已經(jīng)熔化了。而鐵基材料有十分明顯的“粘稠”狀態(tài),對(duì)純鋁來說,則局限在一個(gè)很窄的溫度段內(nèi)。當(dāng)鋁的焊接處看起來是固態(tài)時(shí),轉(zhuǎn)瞬間都已變成稀熔液狀態(tài)了。因此在焊接鋁時(shí)要精確控制熱量的輸入。
(3)熱導(dǎo)率:鋁的熱導(dǎo)性比鐵的熱導(dǎo)性大3倍,焊接時(shí)要集中線能量。
(4)溶氫能力:鋁在固態(tài)時(shí)完全不能溶解氫。所有在焊接過程中溶入液態(tài)鋁熔池中的氣體,在熔池凝固之前必須由焊縫中排出。否則,氣體將以氣孔形式殘留在焊縫中。氫氣的來源主要是母材表面的氧化層。這種氧化層具有吸濕性,它可吸引濕氣并溶入熔池。采取的對(duì)策是在焊接之前徹底清除待焊工件表面的氧化層。
對(duì)于直徑不超過8mm的鋁螺柱保持用儲(chǔ)能式螺柱焊方法。大約1ms的焊接時(shí)間能阻止熔池與大氣的作用。較高的電流密度破壞了鋁材的氧化皮并形成金屬蒸氣保護(hù)了熔池。然而對(duì)于10mm及以上規(guī)格較大的鋁螺柱時(shí),使用儲(chǔ)能式鋁螺柱是不穩(wěn)定的。
借助帶法蘭螺柱增大焊接面積。由于氣孔和未熔合造成的在拉力和彎曲試驗(yàn)時(shí)的斷裂,通常在螺柱,而不是在焊接區(qū)。就焊接工業(yè)純鋁螺柱來說,焊接區(qū)只能加載低微的強(qiáng)度。而焊接防銹鋁螺柱,在大多數(shù)情況下效果較好,螺柱斷裂前可承受較大的可塑變形。
純鋁螺柱相對(duì)來說質(zhì)地較軟。因此當(dāng)焊接時(shí)尖端引燃沖擊在工件上時(shí)可能會(huì)發(fā)生變形,從而對(duì)進(jìn)行的焊接過程造成干擾。
為了有利于儲(chǔ)能式鋁螺柱焊,前提條件是:
----工件表面干凈且不粗糙;
----螺柱前端表面干凈;
----螺柱和夾持器、工件和地線夾接觸沒有問題且必須防止電弧偏吹
----氧化膜業(yè)已清除
直徑8mm以上的鋁釘焊接原則上要采用拉弧式短周期焊接,直徑上限為12mm。
為什么要進(jìn)行短周期焊接:
--鋁的易氧化特性
--焊接時(shí)間短,瞬間電流極大
在螺柱焊生產(chǎn)中,遇到最多的是工業(yè)純鋁和防銹鋁只要正確選擇焊接方法、制訂合理的焊接工藝。以及仔細(xì)清理和裝配工件就可獲得滿意的焊接質(zhì)量。需要注意的有:
(1)在鋁螺柱焊時(shí)造成的氣孔,最普遍的是因?yàn)槁葜湍覆那謇聿桓蓛?,或者是清理后放置時(shí)間過長。因此,在焊接鋁及其合金時(shí),工件必須仔細(xì)清洗。生產(chǎn)中采用的方法,根據(jù)不同生產(chǎn)情況分為兩種:
①機(jī)械清理。在焊接處用銅絲輪打光。但不要?jiǎng)澓厶?,否則反而易于玷污。工件個(gè)別地方機(jī)械清理不夠徹底時(shí),可用酒精或汽油(丙酮)擦除油污。
②化學(xué)法清洗。在成批生產(chǎn)鋁螺柱焊工件時(shí),用化學(xué)清洗的效果與藥品濃度、清洗溫度和清洗時(shí)間有著很重要的關(guān)系。
(2)焊接熔池必須非常認(rèn)真地與大氣屏蔽,只能在極短的焊接時(shí)間(< 1.5 ms)情況下作業(yè),通常電弧生成的金屬蒸汽能阻止與大氣的作用。在較長的焊接時(shí)間中,需要借助保護(hù)氣體(主要是純氬,純度99.99%)實(shí)現(xiàn)完善的屏蔽。由于螺柱焊的情況是錯(cuò)綜復(fù)雜的,螺柱夾持器在焊槍的保護(hù)氣體氣室上方是無異議的,而且是完全無干擾的氣流。但是在焊接作業(yè)時(shí),焊槍不斷的往上和往下反復(fù)動(dòng)作以及裝螺柱作業(yè)后,通電流之前保護(hù)氣體還沒有提前供氣,這樣就會(huì)使空氣滲入焊槍的保護(hù)氣體的氣室。
(3)在鋁螺柱用氬氣作保護(hù)時(shí),利用氬弧焊時(shí)可以自動(dòng)地清除氧化膜的現(xiàn)象(因?yàn)闅寤『笗r(shí)正離子撞擊陰極表面所放出的能量,比電子撞擊陰極表面所放出能量要大),而螺柱焊是采用直流電源,把工件接負(fù)極(即直流反接)。那么,由于正離子沖擊工件表面的結(jié)果,就可以把氧化膜清除。這種現(xiàn)象一般稱為“陰極破碎”或“陰極凈化”。所以在鋁螺柱焊時(shí)采用反接極性。
(4)鋁螺柱焊時(shí)稀薄的熔池具有微小的焊釉粘度。鋁螺柱浸入工件時(shí)擠向熔池外表面,這樣很容易向工件單側(cè)傾斜,所以在操作時(shí)要予以注意。
(5)鋁螺柱焊接時(shí)并不是很容易得到無氣孔和少氣孔的優(yōu)秀焊接效果。雖然使用陶瓷環(huán)能夠保持熔池反應(yīng)尺寸,但是,要是使用了受潮的陶瓷環(huán),當(dāng)電弧與受潮的陶瓷環(huán)一起作用時(shí),附加的氫氣會(huì)全部溶解在焊錠中。
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