铝材焊接指南

转载自“焊接设计与制造”杂志

根据这里所提供的经验选择焊接设备、准备母材、采用适当技术、目视检查焊件,确保高质量的铝合金熔化极气体保护焊和钨极惰性气体保护焊。即使对在焊接钢材方面经验丰富的人来说,铝合金焊接也具有相当的难度。如果焊工焊接时不遵守规定程序,具有高导热性、低熔点的铝合金很容易被烧穿。而且在进行熔化极气体保护焊(GMAW)时由于铝焊丝比钢焊丝软,裂断强度低且容易缠绕在送丝轮上,焊丝送丝也是一项挑战。为了克服这些困难,操作员必须要遵守这里所提供的经验法则和设备选择指导。

 

熔化极气体保护焊

母材准备:

焊接铝材时,操作人员须注意对母材进行清理,去除来自油或切削剂的氧化铝和碳氢化合物污染。材料表面的氧化铝在3800°F时熔化,而下方的母材铝材在1200°F时熔化。因此,母材表面遗留的任何氧化物都会阻止填充金属熔融进入工件内部。若要去除氧化铝,可以使用不锈钢毛刷或溶剂和蚀刻液。使用不锈钢刷时,只能向一个方向刷。注意不要刷得过于粗糙:刷得粗糙会导致工件中的氧化物嵌入更深。此外,只能用专门刷铝材的刷子 - 不要使用在不锈钢或碳钢上用过的刷子清理铝材。使用化学蚀刻液时,要确保焊接前将将溶液从工件上清除。为了尽量避免油或切削液内碳氢化合物进入焊缝的风险,务必用脱脂剂予以清除。检查脱脂剂是否含有碳氢化合物。

焊前预热:

铝工件的焊前预热可避免发生焊缝开裂。预热温度不应超过华氏230度 - 为避免过热,需要使用温度指示器。另外,在待焊接区域的起弧和收弧位置进行点焊有助于预热工作。当向较薄工件上焊接时,焊工也应对较厚的铝工件进行预热;如果发生冷搭接,可尝试使用引弧板和熄弧板。

推角焊接:

焊接铝材时,采用推角而不是拖角的方式焊接,这样可以获得更好的清理效果,减少焊缝污染,并改善保护气体覆盖效果。

行走速度:

铝材焊接时需要“既热又快”。与钢不同,铝材的高导热率决定了需要使用更大的电流和电压参数以及更快的焊接行走速度。如果行走速度太慢,就可能会导致烧穿风险,尤其是在焊接薄铝板时。

保护气体:

氩气由于具有良好的清理作用和渗透性,是焊接铝材时最常用的保护气体。在焊接5XXX系列铝合金时,氩气与氦气(氦气最高占75%)组成的混合保护气体可最大限度地减少氧化镁的形成。

 

焊丝:

选择熔化温度与母材类似的铝填充焊丝。操作员越是能够缩小金属的熔化温度范围,则合金焊接就越容易操作。采用直径为3/64或1/16英寸的焊丝。焊丝直径越大,送丝越容易。若要焊接较薄的材料,结合脉冲焊接程序选用0.035英寸直径焊丝以较低送丝速度(100-300英寸/分钟)送丝,效果较好。

凸焊缝:

在铝材焊接中,弧坑裂纹是导致大多数问题的原因。裂纹是由于铝材较高的热膨胀率以及焊缝冷却时较大的收缩而产生的。由于凹坑在冷却时收缩并产生拉应力,因此凹坑开裂的风险最大。因此,焊工应将凹坑堆积成凸状或丘状。焊缝冷却时,弧坑的凸起形状就会对收缩形变进行补偿。

电源选择:

在为铝材熔化极气体保护焊(GMAW)选择电源时,首先需要考虑过渡方法 - 射流过渡还是脉冲过渡。射流过渡焊接可以选用恒流(cc)和恒压(cv)电源。喷射电弧的熔滴很细小,熔滴会从焊丝端部穿过电弧过渡到母材上。对于要求焊接电流超过350A的较厚铝材,采用恒流(cc)电源可获得最佳效果。

脉冲过渡通常要使用逆变器电源。比较新型的电源内部包含基于填充焊丝型号和直径的内置脉冲程序。在脉冲熔化极气体保护焊(GMAW)过程中,每个脉冲从电极向工件过渡一滴熔滴。该过程会在正极性的时候产生熔滴过渡,最终可获得比射流过渡更少的飞溅和更快的跟随速度。在铝材上采用脉冲GMAW工艺还能更好地控制热输入,解决全位置焊接的问题,并允许操作员以较低送丝速度和小电流焊接较薄材料。

送丝机:

长距离馈送较软铝焊丝的首选方法是推拉式方法,该方法采用封闭式送丝机保护焊丝不受环境影响。送丝机内的恒扭矩变速电机有助于以恒定力度和速度推动并引导焊丝穿过焊枪。焊枪内的高扭矩马达牵引焊丝通过,并保持送丝速度和电弧长度稳定。 

在某些车间内,焊工使用同款送丝机进行钢焊丝和铝焊丝的馈送。在这种情况下,使用塑料或聚四氟乙烯送丝管将有助于确保铝焊丝平稳均匀的馈送。对于导丝管而言,应使用带槽的导入管和塑料进线管保证焊丝尽可能靠近送丝驱动轮,避免焊丝打结。焊接时,尽可能让焊枪电缆保持直线状态,以尽量减少送丝阻力。检查送丝驱动轮和送丝管之间是否正确对齐,以避免铝焊丝刮擦。

使用专为铝焊丝设计的送丝驱动轮。设置送丝驱动张力,确保均匀的送丝速度。张力过大会导致焊丝变形,造成送丝受阻且不稳定;张力过小则导致送丝不均匀。这两种情况都会导致电弧不稳定以及产生焊缝气孔。

焊枪:

使用专用的送丝管焊接铝材。为了避免焊丝磨损,尽量限制送丝管两端位置,以消除送丝管与焊枪气体分流器之间的间隙。经常更换送丝管,尽量减少因磨损氧化物堵塞送丝管导致产生送丝问题的可能性。使用比所用填充金属直径大出约0.015英寸的导电嘴 - 导电嘴发热时,其将会扩大成椭圆形并可能干扰送丝。一般情况下,焊接电流超过200A时应使用水冷式焊枪,以便尽可能减少热量积聚,缓解送丝问题。

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