提高鋁制品焊接性能

寂靜天花板

批評鋁制品焊接質(zhì)量的人似乎從來不難找到抨擊對象。他們可以毫不費力地盯上拖車、卡車工具箱、房車、半掛車、應(yīng)急車輛、浮筒和漁船等。在這類鋁材應(yīng)用中，焊縫直接面對外部環(huán)境，迎接對其性能的檢驗，抵抗?jié)B透和外觀侵蝕。傾向于從管理方面入手的批評人士也會對穩(wěn)定的高品質(zhì)焊接成本，以及勞動力培訓(xùn)等問題產(chǎn)生疑惑。
除了使用GTAW（鎢極氣體保護(hù)電弧焊）工藝所規(guī)定的流程和規(guī)范，許多厚達(dá)3 ⁄8 英寸的鋁制組件可以受益于一種稱為改進(jìn)型或高級脈沖噴射過渡的焊接工藝。有數(shù)家供應(yīng)商提供基于GMAW（氣體保護(hù)金屬電弧焊）工藝這種高級脈沖噴射技術(shù)。盡管每個系統(tǒng)所依托的技術(shù)并不相同，最終的結(jié)果卻非常相似： 能夠獲得類似于GTAW 的均勻的焊縫外觀，無焊槍操作痕跡； 操作人員無需掌握高深的工藝知識即可使用先進(jìn)的系統(tǒng)；以及改變焊縫層間距離的能力，焊工稱之為“疊硬幣”。

+ o8 w, N( R2 N" d+ X這些好處直接解決鋁制品加工者所面臨的三大挑戰(zhàn)：獲得出色的焊縫外觀；使不同操作者甚至同一操作者不同班次間的產(chǎn)品質(zhì)量保持一致；并減少對操作者的技能要求。
( M' \; e" X4 E請注意，改進(jìn)型脈沖噴射過渡工藝不同于標(biāo)準(zhǔn)的脈沖GMAW。在傳統(tǒng)脈沖工藝中，電源產(chǎn)生的單一波形包含4 個變量：
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! H; A: |% j- {7 ~: i1 s1. 峰值電流，促進(jìn)焊縫金屬沿整個電弧過渡；
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1 J0 m4 h  e1 w5 D2. 在峰值電流（脈沖寬度）中，控制平均電流、熔滴大小以及熔敷速率；
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7 d8 j4 D" A& e3. 基值電流（通常按峰值電流的一定百分比設(shè)置），足以維持電弧，但不足以支持焊縫金屬過渡，這就使熔池有機會冷卻。基值電流還會影響滲透流動性；

4. 每秒脈沖數(shù)，會影響焊絲熔化速率、送絲速度以及弧長。

- R% C: I1 @2 ^, g, Z$ c' \改進(jìn)型脈沖噴射工藝以一個傳統(tǒng)的脈沖波形開始，再結(jié)合第二個波形甚至是另一個過程以實現(xiàn)特定目標(biāo)。
對用于鋁制品的噴射電弧GMAW，操作者們知道采用挑弧焊手法可以產(chǎn)生類似GTAW 的焊縫，從而提高脈沖GMAW 焊縫的美觀度。不幸的是，這會引發(fā)潛在的質(zhì)量問題，其原因是可能很快會出現(xiàn)熔融不良。挑弧焊還會增加應(yīng)力升高的可能性， 導(dǎo)致焊縫疲勞集中并可能引發(fā)開裂。
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6 \2 V: ]0 p2 {) U1 _' I1 A相反，改進(jìn)型脈沖噴射工藝會自然而然地形成疊硬幣式焊縫外觀，這是由于當(dāng)系統(tǒng)在不同過渡模式之間切換時，焊接金屬熔敷率持續(xù)變化。這一工藝不受焊槍操作的影響，可提高整條焊縫滲透的一致性，并使與應(yīng)力升高相關(guān)的問題最小化。而且， 這一工藝使加工者能夠獲得優(yōu)質(zhì)焊縫外觀，無論是采用固定式還是靈活的自動化系統(tǒng)，尤其便于圓周焊接，例如浮筒或拖車上的長接縫。
焊接電源的控制過于復(fù)雜，可能會使焊工、監(jiān)督員和培訓(xùn)經(jīng)理感到厭惡、擔(dān)憂和沮喪。有時，甚至?xí)��?yán)重到影響一個公司從其所購買的技術(shù)中受益。早期的脈沖GMAW 機器往往就是屬于這一類。除了針對最常見填充金屬的千篇一律的程序，用戶還必須針對特定應(yīng)用，結(jié)合編程和焊接專業(yè)知識來調(diào)整波形變量。

最新一代脈沖GMAW 機器提供了更加友好的控制方式，以及具有更大靈活度的工廠脈沖設(shè)置程序，通常被稱為“協(xié)同方式”。脈沖GMAW 機器可能包含適用于以下鋁填充焊絲牌號的協(xié)同方式：5356、5183、5556、5554、4043、4047 以及1100。人機交互界面提示用戶選擇并輸入流程變量，如保護(hù)氣體和焊絲類型和直徑，然后選擇所需的焊接過程。 一旦進(jìn)入，焊機（電源和送絲裝置）自動確定過程變量，并提供優(yōu)化電弧性能，而無需掌握高深的工藝知識。
操作者只需相應(yīng)調(diào)整送絲速度，即可增減移動速度。電源可自動調(diào)整其它所有工藝變量，以保持最佳電弧條件。這種被稱為“協(xié)同控制”的控制， 被廣泛應(yīng)用于當(dāng)今的大量先進(jìn)供電應(yīng)用中。
& `. U. T  g# [6 M/ T8 I使用協(xié)同控制時， 電壓控制旋鈕提供通常被稱為“修剪”的控制功能。要理解它是如何工作的，不妨想象一下源自焊絲頂端的弧錐。上行電壓/ 修剪，是移動弧錐的起點使之接近接觸點，從而使弧錐覆蓋更廣的范圍。添加修剪可創(chuàng)建更大、更熱的熔池使熔融的焊接金屬更好地流入焊縫。下行修剪，是移動弧錐的起點使之接近焊接點，從而產(chǎn)生較窄的焊縫。請注意，進(jìn)行修剪調(diào)整時，應(yīng)充分考慮所需的填充金屬用量， 必須足以保證焊縫寬度和厚度。
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9 O! ]; Q5 k. ^協(xié)同方式和協(xié)同控制可以滿足大部分鋁制品加工者的需求。對于特殊應(yīng)用，通過熱輸入調(diào)整、定制焊縫尺寸和脈沖波紋間的距離，用戶可以選擇不同的過渡方式并調(diào)整每種方式的持續(xù)時間。他們也可以通過閃存驅(qū)動器將程序轉(zhuǎn)移到車間中的其它機器上。另一個好處是，有些機器可以顯示兩種波形的實際參數(shù)， 這有助于建立和記錄焊接工藝規(guī)范。
與任何資本支出一樣，采購脈沖GMAW 電源時，應(yīng)基于每個公司更廣闊的運行背景加以審視。很多公司購買脈沖GMAW 裝置，一般是為了應(yīng)對以下一個或多個目標(biāo)：

◆憑借穩(wěn)定的焊接質(zhì)量和外觀，增強競爭力；

5 ~$ a& r  b6 P( K% D◆解決勞動力問題；

◆提高生產(chǎn)力（更快的焊接速度、更高的合格率、減少廢品）；

5 r/ O4 Z: k; x& n8 s: o. c% I! Q◆流程自動化；

% |+ u5 d% }5 [) a8 ^! M5 v◆降低運營成本（降低電費、獲得返利、削減填充金屬成本）。
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盡管有些目標(biāo)不易看得見、摸得著，減少填充金屬成本的能力則是相對易于計算清楚的。憑借脈沖以及改進(jìn)型脈沖噴射工藝所提供的控制熱輸入的能力，加工者通�？梢允褂幂^大直徑的焊絲。因為較大直徑焊絲的單位重量成本較低，加工者可以節(jié)省2 - 25% 的成本，視合金和包裝而不同。

此外，較大直徑的焊絲適用于更大范圍的材料厚度。例如，0.047 英寸直徑5356 型焊絲適用于0.040 - 3 ⁄8 英寸厚度的材料；而0.062 英寸直徑5356 型焊絲則只適用于0.125 - 5 ⁄8 英寸厚度的材料。

) `" d& w+ R& ~( l測試

0 F! [" {3 r/ }$ G1 K# V2 _$ D展示了改進(jìn)型脈沖噴射焊接工藝的靈活性，測試采用0.062 英寸直徑5356 型焊絲。使用1 ⁄8 英寸厚6061 型鋁質(zhì)測試樣片進(jìn)行熔敷角焊。

$ ~1 U+ D* [& R短弧/ 噴射工藝的測試結(jié)果（見圖表第二列）可能有所低估， 這是因為這一工藝對于0.062 英寸焊絲而言能量不足。焊縫看起來溫度不夠且起伏不平。
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2 y* G1 g/ C0 f6 L, ?9 S$ i為達(dá)到正常的噴射弧過渡，送絲速度要提高到300 英寸/ 分鐘。然而，既想獲得類似于脈沖模式樣本的焊縫大小，而又不會焊穿工件，移動速度應(yīng)接近72 英寸/ 分鐘，這對于生產(chǎn)環(huán)境中的焊機幾乎是不可能的。如果將移動速度減慢至易于做到的36 英寸/ 分鐘，燒穿的風(fēng)險就很高，再加上工件材料會變得過熱， 焊接就會變得難以控制，焊縫外觀也會很差。
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相反，脈沖和改進(jìn)型脈沖噴射工藝則不存在這些問題。通過控制移動速度和熱輸入，可防止燒穿。
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對于想要減少填充焊絲的庫存及轉(zhuǎn)換時間、并統(tǒng)一采用單一的較大直徑焊絲的加工者，脈沖和改進(jìn)型噴射弧工藝可以帶來顯著的節(jié)省。
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