铝螺柱焊接工艺技术分析

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2020年6月5日17:13:54 评论 21次 2092字阅读6分58秒

铝具有良好的导电性、导热性、抗腐蚀能力,有利于变形特性以及有较大的比强度,因此在工业方面得到了广泛的应用。
但是,铝钉焊接时的特征与钢有很多不同之处。焊接铝与焊接铁基材料有所不同,与两者物理特性有关下表列出影响纯铝与铁焊接性能的物理特性值。

物理性能 单位
金属的密度 g/cm3 7.85 2.7
氧化物的密度 g/cm3 3.70 3.4
金属的熔点 1539 660
氧化物的熔点 1460-1580 2050
固态时的溶氢能力① cm3/100g 8 0.05
导热率 W/(cm·K) 0.58 2.2
导电性 Ω·m/mm2 10 35


根据这些物理性能方面的区别,铝焊接时的特征是:
(1)和氧的高亲和力:在短时间内能够在光泽铝板平面生成高熔点的氧化层(A1203),其熔点温度大约2050℃。而它的密度较大,约3.70 g/cm3,造成夹渣和增加未熔合的危险。
(2)熔点:铝比铁的熔点低很多。铝加热时,当铝还不太红时就已经熔化了。而铁基材料有十分明显的“粘稠”状态,对纯铝来说,则局限在一个很窄的温度段内。当铝的焊接处看起来是固态时,转瞬间都已变成稀熔液状态了。因此在焊接铝时要精确控制热量的输入。
(3)热导率:铝的热导性比铁的热导性大3倍,焊接时要集中线能量。
(4)溶氢能力:铝在固态时完全不能溶解氢。所有在焊接过程中溶入液态铝熔池中的气体,在熔池凝固之前必须由焊缝中排出。否则,气体将以气孔形式残留在焊缝中。
氢气的来源主要是母材表面的氧化层。这种氧化层具有吸湿性,它可吸引湿气并溶入熔池。采取的对策是在焊接之前彻底清除待焊工件表面的氧化层。

1.铝螺柱焊时要注意的问题

在螺柱焊生产中,遇到最多的是工业纯铝和防锈铝只要正确选择焊接方法、制订合理的焊接工艺。以及仔细清理和装配工件就可获得满意的焊接质量。需要注意的有:
(1)在铝螺柱焊时造成的气孔,最普遍的是因为螺柱和母材清理不干净,或者是清理后放置时间过长。因此,在焊接铝及其合金时,工件必须仔细清洗。生产中采用的方法,根据不同生产情况分为两种:
①机械清理。在焊接处用铜丝轮打光。但不要划痕太深,否则反而易于玷污。工件个别地方机械清理不够彻底时,可用酒精或汽油(丙酮)擦除油污。
②化学法清洗。在成批生产铝螺柱焊工件时,用化学清洗的效果与药品浓度、清洗温度和清洗时间有着很重要的关系。生产实践用的化学清洗规范见下表:

材料 碱洗 冲洗 光化 冲洗 干燥
  NaOH浓度/% 温度/℃ 时间/min   HNO3 浓度/% 温度/℃ 时间/min    
工业纯铝
防锈铝
8 50-60 20 清水 30 室温 1 清水 自然晾干或低温干燥箱中干燥

已经清洗的工件,最好在24小时之内进行焊接。如果放置时间过长。就会重新生成较厚的氧化膜并吸收水分或玷污工件,仍不能保证焊接质量。
(2)焊接熔池必须非常认真地与大气屏蔽,只能在极短的焊接时间(< 1.5 ms)情况下作业,通常电弧生成的金属蒸汽能阻止与大气的作用。在较长的焊接时间中,需要借助保护气体(主要是纯氩,纯度99.99%)实现完善的屏蔽。 由于螺柱焊的情况是错综复杂的,螺柱夹持器在焊枪的保护气体气室上方是无异议的,而且是完全无干扰的气流。但是在焊接作业时,焊枪不断的往上和往下反复动 作以及装螺柱作业后,通电流之前保护气体还没有提前供气,这样就会使空气渗入焊枪的保护气体的气室。
(3)在铝螺柱用氩气作保 护时,利用氩弧焊时可以自动地清除氧化膜的现象(因为氩弧焊时正离子撞击阴极表面所放出的能量,比电子撞击阴极表面所放出能量要大),而螺柱焊是采用直流 电源,把工件接负极(即直流反接)。那么,由于正离子冲击工件表面的结果,就可以把氧化膜清除。这种现象一般称为“阴极破碎”或“阴极净化”。所以在铝螺 柱焊时采用反接极性。
(4)铝螺柱焊时稀薄的熔池具有微小的焊釉粘度。铝螺柱浸入工件时挤向熔池外表面,这样很容易向工件单侧倾斜,所以在操作时要予以注意。
(5)铝螺柱焊接时并不是很容易得到无气孔和少气孔的优秀焊接效果。虽然使用陶瓷环能够保持熔池反应尺寸,但是,要是使用了受潮的陶瓷环,当电弧与受潮的陶瓷环一起作用时,附加的氢气会全部溶解在焊锭中。
因此,对于用陶瓷环拉弧铝螺柱焊时,陶瓷环一定要干燥,否则陶瓷环应加热干燥处理(升温至900℃保温1小时以上)后再使用。

2.储能式铝螺柱焊
多年以来,对于到M8为止的铝螺柱保持用储能式螺柱焊方法。大约1ms的焊接时间能阻止熔池与大气的作用。较高的电流密度破坏了铝材的氧化皮并形成金属蒸气保护了熔池。然而对于M10及以上规格较大的铝螺柱时,使用储能式铝螺柱是不稳定的。
借助带法兰螺柱增大焊接面积。由于气孔和未熔合造成的在拉力和弯曲试验时的断裂,通常在螺柱,而不是在焊接区。就焊接工业纯铝螺柱来说,焊接区只能加载低微的强度。而焊接防锈铝螺柱,在大多数情况下效果较好,螺柱断裂前可承受较大的可塑变形。

纯铝螺柱相对来说质地较软。因此当焊接时尖端引燃冲击在工件上时可能会发生变形,从而对进行的焊接过程造成干扰。

为了有利于储能式铝螺柱焊,前提条件是:
(1)工件表面干净且不粗糙;
(2)螺柱前端表面干净;
(3)螺柱和夹持器、工件和地线夹接触没有问题且必须防止电弧偏吹。

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