铝及其合金钨极氩弧焊的焊接方法
铝及其合金具有熔点低、导热性好、线膨胀系数大、易氧化、高温强度低、固液转变基本不变色等特点,给焊接带来一定程度的困难。最大的问题是铝合金焊件表面有一层致密的氧化铝薄膜,其熔点达2050℃,而纯铝只有660℃。在焊接过程中,这层难溶的氧化膜容易在焊缝中造成夹渣;由于氧化膜不导电,影响了焊接电弧的稳定性;另外氧化膜还吸附一定量的结晶水。使焊缝产生气孔。所以,在焊前必须去除氧化膜,但在焊接过程中铝会在高温下继续氧化。因此,还必须采取措施破坏和清除氧化膜才能使焊接顺利进行。比如,气焊时价气焊粉、TIG焊时采用交流焊等。
铝及其合金假如采用同质焊丝焊接时,焊缝金属结晶裂纹倾向很严重,为了防止结晶裂纹,可采用能形成较多易熔共晶、流动性好的Al-Si焊丝,但焊缝的强度要低于母材。在焊接时容易出现热影响区的“过时效”软化,对于焊后软化不能恢复的铝合金,最好采用退火或在固溶状态下焊接,焊后再进行热处理。如果不允许焊后热处理,则应采用能量集中的焊接方法和小的焊接热输入,以减小接头强度的损失。
在焊接过程中,热影响区超过548℃的区段会出现晶界熔化,这种易熔共晶不是母材原有的,而是在不平衡的焊接加热条件下,由易熔共晶偏析而形成的,在焊接应力的作用下,很容易将液化的晶界拉开而形成液化裂纹。即使晶界没有产生裂纹,晶界上脆性共晶体的存在也脆化了热影响区,使焊接接头冷弯角减小、塑性降低。
铝及其合金焊接所用的填充焊丝主要有三种。一是专用焊丝,它是专用于与其成分相同或相近的母材,可根据母材成分选用。如果没有现成的焊丝,也可以从母材上切下窄条作为填充金属。二是同用焊丝,它是含硅量为5%的Al-Si焊丝,这种焊丝可在焊接中产生大量的(α＋β)共晶,流动性好,有很好的愈合作用,因而可提高焊缝的抗裂能力,可通用于除Al-Mg合金以外的各种铝合金。三是特种焊丝,它是为焊接各种硬铝、超硬铝而专门冶炼的焊丝,这类焊丝的成分与母材非常相近,一般是在母材的基础上加入变质剂,例如:Ti、Zr、V、D等,并适当调整合金元素(Cu、Mg、Zn等)的含量,以达到细化晶粒、缩小结晶温度区间或增加共晶数量的目的。特种焊丝与通用焊丝比较,焊缝金属既有良好的抗裂性,又有较高的强度和塑性。常见的铝及其合金的焊丝有:纯铝焊丝(SAl1070、SAl1450、SAl1200等);铝镁合金焊丝(SAl5554、SAl5556、SAl5654、SAl5183等);铝铜合金焊丝(SAl2319等);铝锰合金(SAl3103等);铝硅合金焊丝(SAl4043、SAl4047等)。
钨极氩弧焊是焊接铝及其合金的主要方法之一,是最为普遍的一种,这种焊接电源采用交流电源,它具有较高的热效率和钨极承载能力,并可借助“阴极破碎作用”清除铝板焊接部位表面上的氧化膜,使焊接得以顺利进行,并获得光亮美观的焊缝表面。
在焊接过程中,应保持焊枪、焊丝和工件三者所处的位置,如所示,三者的大致角度。由于工件的尺寸、接头形式、焊接参数、焊工的技术等不同,在整个焊接过程中焊枪与工件的角度略有不同。手工钨极氩弧焊一般采用左焊法,焊枪应均匀而平稳地向前作直线移动,并保持恒定的弧长,,在不添丝的对接焊时,弧长约0.5～2.0mm；在加丝的对接焊时弧长约4～7mm。焊枪移动时可作间断停留，当达到一定的熔深后开始添丝，然后向前移动。
添丝焊时，焊丝与焊枪的动作要协调配合好，当焊接坡口表面尚未达到熔化温度前，焊丝端部处于电弧区外的雅琪保护层，待熔池加热到一定温度，熔化金属具有良好的流动时，立即从熔池边缘送入焊丝，焊丝与工件的夹角约10～15°。此时熔化的焊丝熔滴便进入熔池，这样反复断续地向熔池添加焊丝，使熔池凝固后形成焊缝。
对于厚板盖面层焊接时，焊枪可稍微横向摆动，以获得较宽的焊缝成形，并保证焊缝两侧有良好的熔合。假如在装配好的接头中发现局部有较大的间隙时，应快速向熔池添加焊丝，然后移动焊枪。焊接结束时，要注意熄弧处的焊接质量，通常采用引出板。如无法采用熄弧板，可在电弧移近弧坑处时加快焊接速度和送死速度，代弧坑填满后逐渐拉长电弧而实现熄弧，以充分保护熄弧处的焊缝金属。手工钨极氩弧焊的焊接参主要有：
焊接电流，它主要根据工件厚度、尺寸、接头形式、焊工技术等条件来选择。电流过大容易引起工件烧穿；电流过小会产生焊缝边缘熔合不良未焊透等缺陷，具体参数见图1。
焊接速度，它主要由焊接电流和预热温度决定，考虑生产效率，尽量加快焊接速度。但速度过快容易造成焊缝边缘熔合不良，根部未焊透，氩气层流偏离钨极端部赫熔池，熔池因保护不良而产生其空等缺陷。在接头的始焊处焊接速度应小些，以保证基体金属充分焊透。
氩气流量，它主要取决于焊接电流、焊接速度、喷嘴孔径等因素。适当增加氩气流量有助于抵抗流动的空气干扰，过大的氩气流量会浪费氩气，还会使气体保护层产生不规则的流动，以使空气被卷入，反而降低了保护性能和电弧的稳定性，甚至影响焊缝的成形。在野外或由气流是要做好防风措施。
喷嘴孔径，手工钨极氩弧焊用的喷嘴孔径约7～22mm，随着孔径的增大，保护区也随之扩大。但是还要兼顾一些特殊位置，以不影响焊工的视线为准。
焊嘴与工件的位置，焊嘴端部与工件距离一般为8～14mm。距离越大，牙器保护效果越差；但距离也不能太近，否则钨极容易触碰熔池而造成夹钨，并破坏电弧的稳定性和产生夹渣的缺陷。
焊后一般要进行外观检验、X射线检验、超声波检验等。
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