铝及铝合金焊接技术的新进展

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1、铝及铝合金焊接技术的新进展作者:殷树言  …    文章来源:北京工业大学    点击数:1299    更新时间:2009-8-14随着铝材的不断发展,铝的加工技术也得到突飞猛进的进步。然而,由于铝具有氧化性强、熔点低、导热快、线膨胀系数大、熔化潜热大等多种物理及化学性能特点,因此,选择适合的焊接方法成为关注的重点。铝是地壳中含量较多的元素之一,其含量达8.8%,居四大金属元素之首,占整个金属元素质量的1/3。由于制铝技术的改进,铝工业以惊人的速度发展。到2004年,世界铝产量达2980万t,其中我国为680万t,居世界第三位,铝合金的品种已超过千种。由于铝材的

2、发展,铝的加工技术也得到突飞猛进的进步。铝合金因其质量轻、比强度高、低温性能好、可塑性好易于加工及耐腐蚀等特点,在航空航天工业、车辆制造、压力容器及交通运输等领域得到了广泛的应用。焊接是连接金属的重要加工方法。与铁相比,铝的氧化性强、熔点低、导热快、线膨胀系数大、熔化潜热大、高温强度低和能形成低熔点共晶等物理及化学性能特点,给焊接工作带来一系列的困难:1、铝及铝合金为活泼金属,易与氧作用生成致密而难熔的氧化膜Al2O3,其熔点高达2050℃,远高于铝(660℃),另外比重也较大。因此,易在焊缝中造成未熔合缺陷或氧化物夹渣,致使去除氧化膜成为焊接工艺的关键。2、易产

3、生气孔。液态铝可以溶解大量氢(0.69ml/100g),而固态铝却几乎不溶解氢(0.036ml/100g),两者相差20倍,因此,焊接快速冷却凝固时,极易生成气孔。3、铝导热快、热容量大,焊接时要消耗较大的功率,所以必须采用大功率或热量集中的热源。4、铝的线膨胀系数大(比铁大一倍),凝固时收缩率也大(比铁大两倍),因此焊接铝件易产生变形。5、铝的高温强度低(370℃时仅为1kg/m2),焊接时易产生焊漏和塌陷。根据铝及铝合金的焊接特性,对焊接方法也有特殊的选择(如表) 最初,用氧-乙炔火焰进行气焊铝合金,为了去除氧化膜,必须使用氟化物和氯化物与Al2O3作用,然后

4、再清洗、去渣。由于气体火焰热量低,所以加热面积大,工件变形也大,现在已很少应用。DCTIG焊问世以来,很快就用于焊铝。采用DCEN接法,钨极烧损少,但由于没有阴极雾化作用,所以不能用于焊铝。相反DCEP接法,铝工件为阴极,有阴极雾化作用,去膜作用清除了焊缝区的氧化铝薄膜,但是钨极为阳极,烧损严重。为此,又采用交流ACTIG焊,EN半波钨极得到冷却,EP半波能产生阴极雾化,其结果不仅可以去膜,而且还能减轻钨极烧损(如图1)。于是出现了正弦交流和方波交流,正弦交流TIG焊因产生直流分量,影响焊接效果;方波交流时,正负半波的幅值相同,但宽度可调节,所以对焊缝熔深等形状可

5、调整,从而也可调节焊缝的性能,钨极烧损情况也有所改善。但为了进一步改善焊接效果,又提出了变极性TIG焊(VPTIG焊)。 虽然VPTIG焊电流波形仍为方波,但不同的是,正、负半波的幅值不同。EN半波电流较小,宽度较大;而EP半波电流较大,宽度较窄,其结果是EP半波钨极为正。虽然钨极易烧损,但是因为时间短,所以钨极烧损不多,仍保持圆锥形。同时,由于工件为负,且幅值较高,所以尽管时间短,也能保证阴极雾化作用。其结果是变极性TIG表现出DCTIG(EN)焊的特点,不仅钨极烧损较少,而且焊缝熔深较大。DCMIG焊采用EP接法,具有电弧稳定和阴极雾化的作用,在较大电流时(大

6、于临界电流)为射流过渡,可以焊接厚板。为了焊接薄板,可采用脉冲MIG焊(DCPMIG),电流范围较大,1.2铝焊丝,电流范围为30A~350A,所以在小电流时,可以焊接薄板。EP半波与DCPMIG焊一样,电弧稳定,每个脉冲过渡一个熔滴,且有阴极雾化作用。EN半波的电流幅值与宽度都较小,对电弧稳定性影响不大,但对焊缝的熔深影响较大。总之,这种方法的焊接过程稳定,同时能通过调节IEN而改变焊缝熔深的大小,适合薄板焊接。双脉冲MIG焊(DPMIG)是在单脉冲MIG焊基础上发展起来的。单脉冲能够实现一个脉冲一个熔滴的稳定熔滴过渡,焊丝熔化效率高、烟雾少。但是焊铝时,仍易产

7、生气孔,且焊缝表面缺乏美丽的鱼鳞波纹。为此,在单脉冲基础上又开发了双脉冲焊,目前双脉冲焊有两种方案:一种为单脉冲加低频脉冲送丝;另一种为双脉冲加等速送丝。前者采用脉动送丝,比较复杂;后者送丝系统比较简单。双脉冲MIG焊是在高频基础上,加以低频调制。高频保证一个脉冲过渡一个熔滴,而低频是为了实现一个脉冲形成一个熔池,脉冲频率为0.5Hz~5Hz。于是就形成了鱼鳞纹,同时每个低频周期都能对熔池产生一定的搅拌作用,促使熔池中的气体排出去,从而减少了气孔的倾向,这种作用类似于脉冲TIG焊,却又比TIG焊的效率高,其焊缝成形如图2。双丝PMIG焊又称Tandem法,将两根焊

8、丝按一定角

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