螺柱焊中铝制螺钉的焊接工艺

2020-11-13 14:04:00
梁新琼
原创
15

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铝钉焊接时的特征:

铝具有良好的导电性,导热性,抗腐蚀能力,有利于变形特性以及有较大的比强度,因此在工业方面得到了广泛的应用但是,铝钉焊接时的特征与钢有很多不同之处。焊接铝与焊接铁基材料有所不同,与两者物理特性有关下表列出影响纯铝与铁焊接性能的物理特性值。

物理性能

单位

金属的密度

g/cm3

7.85

2.7

氧化物的密度

g/cm3

3.70

3.4

金属的熔点

1539

660

氧化物的熔点

1460-1580

2050

固态时的溶氢能力①

cm3/100g

8

0.05

导热率

W/cm?K

0.58

2.2

导电性

Ω?m/mm2

10

35

根据这些物理性能方面的区别,铝焊接时的特征是:

(1) 和氧的高亲和力:在短时间内能够在光泽铝板平面生成高熔点的氧化层(A1203) ,其熔点温度大约 2050℃。而它的密度较大,约3.70 g/cm3,造成夹渣和增加未熔合的危险。

(2) 熔点:铝比铁的熔点低很多。铝加热时,当铝还不太红时就已经熔化了。而铁基材料有十分明显的“粘稠”状态,对纯铝来说,则局限在一个很窄的温度段内。当铝的焊接处看起来是固态时,转瞬间都已变成稀熔液状态了。因此在焊接铝时要精确控制热量的输入。

(3) 热导率:铝的热导性比铁的热导性大3倍,焊接时要集中线能量。

(4) 溶氢能力:铝在固态时完全不能溶解氢。所有在焊接过程中溶入液态铝      熔池中的气体,在熔池凝固之前必须由焊缝中排出。否则,气体将以气孔形式残留在焊缝中。氢气的来源主要是母材表面的氧化层。这种氧化层具有吸湿性,它可吸引湿气并溶入熔池。采取的对策是在焊接之前彻底清除待焊工件表面的氧化层。

1. 铝螺柱焊时要注意的问题

在螺柱焊生产中,遇到最多的是工业纯铝和防锈铝只要正确选择    焊接方法 ,制订合理的 焊接工艺。以及仔细清理和装配工件就可获得满意的焊接质量。

需要注意的有:

(1) 在铝螺柱焊时造成的气孔,最普遍的是因为螺柱和母材清理不干净,或者是清理后放置时间过长。因此,在焊接铝及其合金时,工件必须仔细清洗。生产中采用的方法,根据不同生产情况分为两种:

①机械清理。在焊接处用铜丝轮打光。但不要划痕太深,否则反而易于玷污。工件个别地方机械清理不够彻底时,可用酒精或汽油( 丙酮 ) 擦除油污。

②化学法清洗。在成批生产铝螺柱焊工件时,用化学清洗的效果与药品浓度,清洗温度和清洗时间有着很重要的关系。生产实践用的化学清洗规范见下表:

材料

碱洗

冲洗

光化

冲洗

干燥

NaOH浓度 /%

温度 /

时间 /min

HNO3 浓度 /%

温度 /

时间 /min

工业纯铝防锈铝

清水

30

室温

1

清水

自然晾干或低温干燥箱中干燥

已经清洗的工件 , 最好在 24 小时之内进行焊接。如果放置时间过长。就会重新生成较厚的氧化膜并吸收水分或玷污工件,仍不能保证焊接质量。

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(2) 焊接熔池必须非常认真地与大气屏蔽,只能在极短的焊接时间  (< 1.5 ms)情况下作业,通常电弧生成的金属蒸汽能阻止与大气的作用。在较长的焊接时间中,需要借助保护气体  ( 主要是纯氩,纯度99.99%)实现完善的屏蔽。由于螺柱焊的情况是错综复杂的,螺柱夹持器在焊枪的保护气体气室上方是无异议的,而且是完全无干扰的气流。但是在焊接作业时,焊枪不断的往上和往下反复动作以及装螺柱作业后,通电流之前保护气体还没有提前供气,这样就会使空气渗入焊枪的保护气体的气室。

(3) 在铝螺柱用氩气作保护时,利用氩弧焊时可以自动地清除氧化膜的现象( 因为氩弧焊时正离子撞击阴极表面所放出的能量,比电子撞击阴极表面所放出能量要大 ) ,而螺柱焊是采用直流电源,把工件接负极( 即直流反接 )。那么,由于正离子冲击工件表面的结果,就可以把氧化膜清除。 这种现象一般称为“阴极破碎”或“阴极净化”。所以在铝螺柱焊时采用反接极性。

(4) 铝螺柱焊时稀薄的熔池具有微小的焊釉粘度。铝螺柱浸入工件时挤向熔池外表面,这样很容易向工件单侧倾斜,所以在操作时要予以注意。

(5) 铝螺柱焊接时并不是很容易得到无气孔和少气孔的优秀焊接效果。虽然使用陶瓷环能够保持熔池反应尺寸,但是,要是使用了受潮的陶瓷环,当电弧与受潮的陶瓷环一起作用时,附加的氢气会全部溶解在焊锭中。因此,对于用陶瓷环拉弧铝螺柱焊时,陶瓷环一定要干燥, 否则陶瓷环应加热干燥处理 ( 升温至 900℃保温 1 小时以上 ) 后再使用。

2. 储能式铝螺柱焊

多年以来,对于到M8为止的铝螺柱保持用储能式螺柱焊方法。大约1ms的焊接时间能阻止熔池与大气的作用。较高的电流密度破坏了铝材的氧化皮并形成金属蒸气保护了熔池。 然而对于 M10及以上规格较大的铝螺柱时,使用储能式铝螺柱是不稳定的。

借助带法兰螺柱增大焊接面积。由于气孔和未熔合造成的在拉力和弯曲试验时的断裂,通常在螺柱,而不是在焊接区。就焊接工业纯铝螺柱来说,焊接区只能加载低微的强度。 而焊接防锈铝螺柱, 在大多数情况下效果较好,螺柱断裂前可承受较大的可塑变形。纯铝螺柱相对来说质地较软。因此当焊接时尖端引燃冲击在工件上时可能会发生变形,从而对进行的焊接过程造成干扰。

为了有利于储能式铝螺柱焊,前提条件是:

(1) 工件表面干净且不粗糙;

(2) 螺柱前端表面干净;

(3) 螺柱和夹持器,工件和地线夹接触没有问题且必须防止电弧偏吹

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