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          螺柱焊中鋁制螺釘的焊接工藝

          2018-09-11 23:03:00
          陸啟蒙
          原創(chuàng )
          7915

          鋁釘焊接時(shí)的特征

          鋁具有良好的導電性、導熱性、抗腐蝕能力,有利于變形特性以及有較大的比強度,因此在工業(yè)方面得到了廣泛的應用。

          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
          金屬的密度g/cm37.852.7
          氧化物的密度g/cm33.703.4
          金屬的熔點(diǎn)1539660
          氧化物的熔點(diǎn)1460-15802050
          固態(tài)時(shí)的溶氫能力①cm3/100g80.05
          導熱率W/(cm·K)0.582.2
          導電性Ω·m/mm21035

          根據這些物理性能方面的區別,鋁焊接時(shí)的特征是:

          (1)和氧的高親和力:在短時(shí)間內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。

          (2)熔點(diǎn):鋁比鐵的熔點(diǎn)低很多。鋁加熱時(shí),當鋁還不太紅時(shí)就已經(jīng)熔化了。而鐵基材料有十分明顯的“粘稠”狀態(tài),對純鋁來(lái)說(shuō),則局限在一個(gè)很窄的溫度段內。當鋁的焊接處看起來(lái)是固態(tài)時(shí),轉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)熱導率:鋁的熱導性比鐵的熱導性大3倍,焊接時(shí)要集中線(xiàn)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(guò)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(lái)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。采取的對策是在焊接之前徹底清除待焊工件表面的氧化層。

          1.鋁螺柱焊時(shí)要注意的問(wèn)題

          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。以及仔細清理和裝配工件就可獲得滿(mǎn)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,最普遍的是因為螺柱和母材清理不干凈,或者是清理后放置時(shí)間過(guò)長(cháng)。因此,在焊接鋁及其合金時(shí),工件必須仔細清洗。生產(chǎn)中采用的方法,根據不同生產(chǎn)情況分為兩種:

          ①機械清理。在焊接處用銅絲輪打光。但不要劃痕太深,否則反而易于玷污。工件個(gè)別地方機械清理不夠徹底時(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(zhù)很重要的關(guān)系。生產(chǎn)實(shí)踐用的化學(xué)清洗規范見(jiàn)下表:

          材料堿洗沖洗光化沖洗干燥

          NaOH濃度/%溫度/℃時(shí)間/min
          HNO3 濃度/%溫度/℃時(shí)間/min

          工業(yè)純鋁
          防銹鋁
          850-6020清水30室溫1清水自然晾干或低溫干燥箱中干燥

          已經(jīng)清洗的工件,最好在24小時(shí)之內進(jìn)行焊接。如果放置時(shí)間過(guò)長(cháng)。就會(huì )重新生成較厚的氧化膜并吸收水分或玷污工件,仍不能保證焊接質(zhì)量。

          (2)焊接熔池必須非常認真地與大氣屏蔽,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(cháng)的焊接時(shí)間中,需要借助保護氣體(主要是純氬,純度99.99%)實(shí)現完善的屏蔽。由于螺柱焊的情況是錯綜復雜的,螺柱夾持器在焊槍的保護氣體氣室上方是無(wú)異議的,而且是完全無(wú)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動(dòng)作以及裝螺柱作業(yè)后,通電流之前保護氣體還沒(méi)有提前供氣,這樣就會(huì )使空氣滲入焊槍的保護氣體的氣室。

          (3)在鋁螺柱用氬氣作保護時(shí),利用氬弧焊時(shí)可以自動(dòng)地清除氧化膜的現象(因為氬弧焊時(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,把工件接負極(即直流反接)。那么,由于正離子沖擊工件表面的結果,就可以把氧化膜清除。這種現象一般稱(chēng)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(wú)氣孔和少氣孔的優(yōu)秀焊接效果。雖然使用陶瓷環(huán)能夠保持熔池反應尺寸,但是,要是使用了受潮的陶瓷環(huán),當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。

          因此,對于用陶瓷環(huán)拉弧鋁螺柱焊時(shí),陶瓷環(huán)一定要干燥,否則陶瓷環(huán)應加熱干燥處理(升溫至900℃保溫1小時(shí)以上)后再使用。

          2.儲能式鋁螺柱焊

          多年以來(lái),對于到M8為止的鋁螺柱保持用儲能式螺柱焊方法。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了熔池。然而對于M10及以上規格較大的鋁螺柱時(shí),使用儲能式鋁螺柱是不穩定的。

          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時(shí)的斷裂,通常在螺柱,而不是在焊接區。就焊接工業(yè)純鋁螺柱來(lái)說(shuō),焊接區只能加載低微的強度。而焊接防銹鋁螺柱,在大多數情況下效果較好,螺柱斷裂前可承受較大的可塑變形。

          純鋁螺柱相對來(lái)說(shuō)質(zhì)地較軟。因此當焊接時(shí)尖端引燃沖擊在工件上時(shí)可能會(huì )發(fā)生變形,從而對進(jìn)行的焊接過(guò)程造成干擾。

          為了有利于儲能式鋁螺柱焊,前提條件是:

          (1)工件表面干凈且不粗糙;

          (2)螺柱前端表面干凈;

          (3)螺柱和夾持器、工件和地線(xiàn)夾接觸沒(méi)有問(wèn)題且必須防止電弧偏吹。


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