螺柱焊中鋁制螺釘的焊接工藝

2020-11-13 14:04:00
梁新瓊
原創
572

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鋁釘焊接時的特征:

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,因此在工業方面得到了廣泛的應用但是,鋁釘焊接時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/cm3

7.85

2.7

氧化物的密度

g/cm3

3.70

3.4

金屬的熔點

1539

660

氧化物的熔點

1460-1580

2050

固態時的溶氫能力①

cm3/100g

8

0.05

導熱率

W/cm?K

0.58

2.2

導電性

Ω?m/mm2

10

35

根據這些物理性能方面的區別,鋁焊接時的特征是:

(1) 和氧的高親和力:在短時間內能夠在光澤鋁板平面生成高熔點的氧化層(A1203) ,其熔點溫度大約 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:鋁比鐵的熔點低很多。鋁加熱時,當鋁還不太紅時就已經熔化了。而鐵基材料有十分明顯的“粘稠”狀態,對純鋁來說,則局限在一個很窄的溫度段內。當鋁的焊接處看起來是固態時,轉瞬間都已變成稀熔液狀態了。因此在焊接鋁時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,焊接時要集中線能量。

(4) 溶氫能力:鋁在固態時完全不能溶解氫。所有在焊接過程中溶入液態鋁      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. 鋁螺柱焊時要注意的問題

在螺柱焊生產中,遇到最多的是工業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意的焊接質量。

需要注意的有:

(1) 在鋁螺柱焊時造成的氣孔,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間過長。因此,在焊接鋁及其合金時,工件必須仔細清洗。生產中采用的方法,根據不同生產情況分為兩種:

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。工件個別地方機械清理不夠徹底時,可用酒精或汽油( 丙酮 ) 擦除油污。

②化學法清洗。在成批生產鋁螺柱焊工件時,用化學清洗的效果與藥品濃度、清洗溫度和清洗時間有著很重要的關系。生產實踐用的化學清洗規范見下表:

材料

堿洗

沖洗

光化

沖洗

干燥

NaOH濃度 /%

溫度 /

時間 /min

HNO3 濃度 /%

溫度 /

時間 /min

工業純鋁防銹鋁

清水

30

室溫

1

清水

自然晾干或低溫干燥箱中干燥

已經清洗的工件 , 最好在 24 小時之內進行焊接。如果放置時間過長。就會重新生成較厚的氧化膜并吸收水分或玷污工件,仍不能保證焊接質量。

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(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間  (< 1.5 ms)情況下作業,通常電弧生成的金屬蒸汽能阻止與大氣的作用。在較長的焊接時間中,需要借助保護氣體  ( 主要是純氬,純度99.99%)實現完善的屏蔽。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異議的,而且是完全無干擾的氣流。但是在焊接作業時,焊槍不斷的往上和往下反復動作以及裝螺柱作業后,通電流之前保護氣體還沒有提前供氣,這樣就會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,利用氬弧焊時可以自動地清除氧化膜的現象( 因為氬弧焊時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。 這種現象一般稱為“陰極破碎”或“陰極凈化”。所以在鋁螺柱焊時采用反接極性。

(4) 鋁螺柱焊時稀薄的熔池具有微小的焊釉粘度。鋁螺柱浸入工件時擠向熔池外表面,這樣很容易向工件單側傾斜,所以在操作時要予以注意。

(5) 鋁螺柱焊接時并不是很容易得到無氣孔和少氣孔的優秀焊接效果。雖然使用陶瓷環能夠保持熔池反應尺寸,但是,要是使用了受潮的陶瓷環,當電弧與受潮的陶瓷環一起作用時,附加的氫氣會全部溶解在焊錠中。因此,對于用陶瓷環拉弧鋁螺柱焊時,陶瓷環一定要干燥, 否則陶瓷環應加熱干燥處理 ( 升溫至 900℃保溫 1 小時以上 ) 后再使用。

2. 儲能式鋁螺柱焊

多年以來,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,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的斷裂,通常在螺柱,而不是在焊接區。就焊接工業純鋁螺柱來說,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。純鋁螺柱相對來說質地較軟。因此當焊接時尖端引燃沖擊在工件上時可能會發生變形,從而對進行的焊接過程造成干擾。

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、工件和地線夾接觸沒有問題且必須防止電弧偏吹。

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