鋁合金焊接生產(chǎn)儲存環(huán)境和輔助材料使用的要求

一、生產(chǎn)儲存溫度濕度的要求

鋁合金的生產(chǎn)和儲存環(huán)境必須防塵、防水、干燥。環(huán)境溫度通?？刂圃? ℃以上, 濕度控制在70 %以下。

應(yīng)盡量保證焊接環(huán)境的濕度不能太高,濕度過高會使焊縫中氣孔的產(chǎn)生幾率明顯增加,從而影響焊接質(zhì)量。空氣的劇烈流動會引起氣體保護(hù)不充分,從而產(chǎn)生焊接氣孔,可設(shè)置擋風(fēng)板以避免室內(nèi)穿堂風(fēng)的影響。二、焊絲及送氣軟管的使用要求

對焊材的使用應(yīng)該注意:鋁焊絲要與鋼焊材分開儲存,使用期不超過1a 。焊接完成后,要在焊機(jī)中取出焊絲進(jìn)行密封處理,防止污染。不同材質(zhì)的送氣軟管抵抗?jié)駳膺M(jìn)入的能力不同,尤其在送氣壓力高時,送氣軟管的影響更明顯。

三、工裝的選用

鋁合金焊接選用點接觸形式的工裝,以減小工裝與工件的接觸面積。如果工裝對工件是面接觸,就會很快帶走工件的熱量,加速了熔池的凝固,不利于焊縫氣孔的排除。工裝液壓系統(tǒng)的壓力控制在9～9. 5 MPa 。

壓力過小達(dá)不到預(yù)設(shè)反變形的目的,但是壓力過大,又會使鋁合金結(jié)構(gòu)的拘束度增大。由于鋁合金的線脹系數(shù)大,高溫塑性差,焊接時易產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力,可能會使鋁合金結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋。

變極性等離子弧焊（Variable Polarity Plasma Arc Welding簡稱VPPAw）是一種新型、經(jīng)濟(jì)的焊接方法，在鋁合金的焊接方面得到廣泛應(yīng)用。

1 變極性等離子焊接簡介變極性等離子焊接（Variable Polarity Plasma Arc Welding簡稱VPPAW）使用特殊設(shè)計的焊接電源和控制系統(tǒng)，通過極性的可控變換，可以獲得正接時間較長，反接時間較短且電流值分別可調(diào)的電流波形。在工件接電源正極的時段中，焊槍可以有效地加熱工件，此時鎢極不會發(fā)生過熱；生產(chǎn)中常用的是向上立焊，向下立焊要用專用焊條才能保證焊縫質(zhì)量。而在工件接電源負(fù)極的時段內(nèi)，則可以利用“陰極霧化”作用清理焊接區(qū)的氧化物。通過控制正、反極性時的電流大小以及變換頻率，還可以調(diào)節(jié)熔透情況和陰極霧化清理的強(qiáng)度。圖1表示了一個變極性等離子焊接現(xiàn)場的情形。

在研究陰極清理作用的影響因素時，發(fā)現(xiàn)工件接負(fù)極時段內(nèi)電流大小的影響遠(yuǎn)大于時段長短的影響，此時段內(nèi)的電流越大，陰極清理的效果越好；而延長此時段的時間，陰極清理寬度的增加則很有限。圖2表示了使用該法焊接鋁合金時的電流波形，由圖中可見，當(dāng)工件為負(fù)時采用短時間、大電流；不同材質(zhì)的送氣軟管抵抗?jié)駳膺M(jìn)入的能力不同,尤其在送氣壓力高時,送氣軟管的影響更明顯。電極為負(fù)時則用長時間、較小電流。該方法很好地解決了焊接鋁及鋁合金時清除氧化膜和防止電極燒損之間的矛盾，實現(xiàn)了穩(wěn)定的連續(xù)焊接。

2 變極性等離子焊接的特點變極性等離子焊接具有以下幾個方面的特點：

①溫度高，能量集中，焊接熔深大，對中厚鋁合金板，不開坡口單面焊雙面成形，保證熔透。

②焊前不需清理，變極性等離子弧的陰極清理作用可將污染物沖走，去除氧化膜效果好。

③焊縫氣孔率低，金屬熔池內(nèi)的氣體能通過小孔全部排出，清除氣孔比較徹底。

④焊縫正反面受熱比較均勻，焊接熱影響區(qū)窄，工件變形小。

⑤焊接層數(shù)少，焊縫寬度窄，焊材消耗量小，生產(chǎn)、成本低。

⑥鎢極縮在噴嘴內(nèi)不與工件接觸，減少鎢極損耗，并防止焊縫金屬夾鎢。

⑦焊縫接頭力學(xué)性能好，x射線探傷合格率高，焊接質(zhì)量更有保證。

3 變極性等離子焊接設(shè)備①等離子焊接電源；

②等離子焊槍；

③自動送絲系統(tǒng)；

④控制系統(tǒng)；

⑤智能溫控水箱。

4 變極性等離子焊接的應(yīng)用 美國國家航空和宇宙航行局（NASA）早曾使用常規(guī)的直流TIG正接焊接方法制造火箭外部燃料儲罐，這種鋁合金儲罐有多種不同的尺寸，其中一種的直徑為8.717m、長46.939m，可裝載530m3的液氧以及1438m3的液氫，曾用于土星號登月火箭。盡管焊前的接頭準(zhǔn)備十分充分，但是仍然經(jīng)常出現(xiàn)焊縫氣孔等缺陷。1978年，NASA決定采用由美國波音公司的B.P.VanCleave等在20世紀(jì)60年代末就已經(jīng)開發(fā)出的變極性等離子焊接方法取代TIG焊，用于該儲罐的焊接，使焊接質(zhì)量得到了明顯的提高。20世紀(jì)80年代波音公司也曾用變極性等離子焊接方法焊接了大量鋁合金筒體結(jié)構(gòu)的環(huán)縫，并對其焊接工藝、設(shè)備及質(zhì)量控制等進(jìn)行了一系列研究，推動了這種方法的完善。目前，變極性等離子焊接方法已在鋁合金結(jié)構(gòu)件的制造中獲得了廣泛的應(yīng)用，成為一種很有發(fā)展前景的焊接方法。通常細(xì)絲焊接時氣流量為5-15L/min，粗絲焊接時為20-25L/min。

該方法很適合于鋁及鋁合金的小孔法焊接。對于用TIG方法需要開坡口且多次焊接的焊縫，用變極性等離子焊接方法中可直接采用I形坡口，焊接一道焊縫既可，這可減少焊前坡口準(zhǔn)備工作量，提高了工作效率。極性變換帶來的熔池攪拌作用有利于氣體的逸出和雜質(zhì)的排除，焊縫缺陷少、焊道窄且變形小。該方法可以在平、橫、立向上和立向下各種位置上焊接。6、對毛料的表面質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)有明顯降低，粉末涂層并且可以完全覆蓋型材表面的擠壓紋，掩蓋一部分鋁型材表面的瑕疵，提高鋁型材成品的表面質(zhì)量。

多年來，NASA對變極性等離子焊接方法進(jìn)行了大量的實驗研究和數(shù)值分析工作，包括對小孔焊接過程中能量的分布與損失、焊縫外形的成形規(guī)律、焊槍噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計以及各種焊接工藝參數(shù)對焊接質(zhì)量和速度的影響等等，為這種方法在航天工程中的應(yīng)用提供有價值的資料。目前，我國也已對變極性等離子焊接方法開展了一些研究。應(yīng)該說，在目前能量控制的理論依據(jù)及如何實現(xiàn)能量控制還沒得到很好的解決。

焊接一般低碳鋼時常選用中性焰。因中性焰能對金屬起還原作用，改善焊縫組織，提高焊接質(zhì)量。 焊接鑄鐵及鍍焊硬質(zhì)合金時，可以選用碳化焰。因碳化焰中被分解出來的碳可以滲透到工件中去，起到滲碳作用，補(bǔ)充焊接時碳的燒損，增加焊縫含碳量，提高焊縫的強(qiáng)度和硬度。在實際過程當(dāng)中，操作人員應(yīng)該通過不斷的實踐來摸索鋁鎂合金焊接經(jīng)驗，通常情況下我們可以發(fā)現(xiàn)，用較快的焊接速度加上較大的焊接電流可以有效的阻止氣孔的產(chǎn)生。

焊接黃銅時可選用氧化焰。因黃銅中含有鋅元素。鋅的熔點較低，當(dāng)溫度達(dá)930℃左右時，鋅會蒸發(fā)。如選用氧化焰時，火焰的氧能和鋅化合，生成氧化鋅薄膜，覆蓋在熔池表面上，以防鋅的繼續(xù)蒸發(fā)。