提高鋁制品焊接性能

寂靜天花板

批評(píng)鋁制品焊接質(zhì)量的人似乎從來(lái)不難找到抨擊對(duì)象。他們可以毫不費(fèi)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(duì)外部環(huán)境，迎接對(duì)其性能的檢驗(yàn)，抵抗?jié)B透和外觀侵蝕。傾向于從管理方面入手的批評(píng)人士也會(huì)對(duì)穩(wěn)定的高品質(zhì)焊接成本，以及勞動(dòng)力培訓(xùn)等問(wèn)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(jí)脈沖噴射過(guò)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(jí)脈沖噴射技術(shù)。盡管每個(gè)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(wú)焊槍操作痕跡； 操作人員無(wú)需掌握高深的工藝知識(shí)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”。
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* }, n' |* K8 @% T4 v( p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(duì)操作者的技能要求。
請(qǐng)注意，改進(jìn)型脈沖噴射過(guò)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(gè)變量：
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( p4 E  C: h9 w$ o- X1. 峰值電流，促進(jìn)焊縫金屬沿整個(gè)電弧過(guò)渡；

2. 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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4 ^0 {- l. p5 x% q# u3. 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(guò)渡，這就使熔池有機(jī)會(huì)冷卻�；�值電流還會(huì)影響滲透流動(dòng)性；

% u- {' t' U6 }( V4. 每秒脈沖數(shù)，會(huì)影響焊絲熔化速率、送絲速度以及弧長(zhǎng)。
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! R$ n" S( M, j( n* k3 q2 ^改進(jìn)型脈沖噴射工藝以一個(gè)傳統(tǒng)的脈沖波形開始，再結(jié)合第二個(gè)波形甚至是另一個(gè)過(guò)程以實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)。
對(duì)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(huì)引發(fā)潛在的質(zhì)量問(wèn)題，其原因是可能很快會(huì)出現(xiàn)熔融不良。挑弧焊還會(huì)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。

; D8 ?+ q2 t. c' `4 E; r: Q相反，改進(jìn)型脈沖噴射工藝會(huì)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(guò)渡模式之間切換時(shí)，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(wèn)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(wú)論是采用固定式還是靈活的自動(dòng)化系統(tǒng)，尤其便于圓周焊接，例如浮筒或拖車上的長(zhǎng)接縫。
焊接電源的控制過(guò)于復(fù)雜，可能會(huì)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(shí)，甚至?xí)��?yán)重到影響一個(gè)公司從其所購(gòu)買的技術(shù)中受益。早期的脈沖GMAW 機(jī)器往往就是屬于這一類。除了針對(duì)最常見(jiàn)填充金屬的千篇一律的程序，用戶還必須針對(duì)特定應(yīng)用，結(jié)合編程和焊接專業(yè)知識(shí)來(lái)調(diào)整波形變量。

+ z) X9 h" e7 v最新一代脈沖GMAW 機(jī)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(jī)器可能包含適用于以下鋁填充焊絲牌號(hào)的協(xié)同方式：5356、5183、5556、5554、4043、4047 以及1100。人機(jī)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(guò)程。 一旦進(jìn)入，焊機(jī)（電源和送絲裝置）自動(dòng)確定過(guò)程變量，并提供優(yōu)化電弧性能，而無(wú)需掌握高深的工藝知識(shí)。
操作者只需相應(yīng)調(diào)整送絲速度，即可增減移動(dòng)速度。電源可自動(dòng)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。
* V! P5 x' l! I使用協(xié)同控制時(shí)， 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(dòng)弧錐的起點(diǎn)使之接近接觸點(diǎn)，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(dòng)弧錐的起點(diǎn)使之接近焊接點(diǎn)，從而產(chǎn)生較窄的焊縫。請(qǐng)注意，進(jìn)行修剪調(diào)整時(shí)，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。

1 T% @3 L* ]0 i# q* X8 B; X1 v  u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(duì)于特殊應(yīng)用，通過(guò)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(guò)渡方式并調(diào)整每種方式的持續(xù)時(shí)間。他們也可以通過(guò)閃存驅(qū)動(dòng)器將程序轉(zhuǎn)移到車間中的其它機(jī)器上。另一個(gè)好處是，有些機(jī)器可以顯示兩種波形的實(shí)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(gòu)脈沖GMAW 電源時(shí)，應(yīng)基于每個(gè)公司更廣闊的運(yùn)行背景加以審視。很多公司購(gòu)買脈沖GMAW 裝置，一般是為了應(yīng)對(duì)以下一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)：

◆憑借穩(wěn)定的焊接質(zhì)量和外觀，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力；

5 p& g6 G5 S! y) Z( a◆解決勞動(dòng)力問(wèn)題；
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◆提高生產(chǎn)力（更快的焊接速度、更高的合格率、減少?gòu)U品）；

◆流程自動(dòng)化；
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◆降低運(yùn)營(yíng)成本（降低電費(fèi)、獲得返利、削減填充金屬成本）。
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4 t8 N  i4 W$ U; D& ~6 \/ m2 m盡管有些目標(biāo)不易看得見(jiàn)、摸得著，減少填充金屬成本的能力則是相對(duì)易于計(jì)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?yàn)檩^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。
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8 E* w& F8 x% h. I8 k  \+ @- |測(cè)試

展示了改進(jìn)型脈沖噴射焊接工藝的靈活性，測(cè)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(cè)試樣片進(jìn)行熔敷角焊。

+ I! V$ D- V8 ^0 \( K8 \+ x  Y短弧/ 噴射工藝的測(cè)試結(jié)果（見(jiàn)圖表第二列）可能有所低估， 這是因?yàn)檫@一工藝對(duì)于0.062 英寸焊絲而言能量不足。焊縫看起來(lái)溫度不夠且起伏不平。
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- D9 e! k) {9 F為達(dá)到正常的噴射弧過(guò)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(huì)焊穿工件，移動(dòng)速度應(yīng)接近72 英寸/ 分鐘，這對(duì)于生產(chǎn)環(huán)境中的焊機(jī)幾乎是不可能的。如果將移動(dòng)速度減慢至易于做到的36 英寸/ 分鐘，燒穿的風(fēng)險(xiǎn)就很高，再加上工件材料會(huì)變得過(guò)熱， 焊接就會(huì)變得難以控制，焊縫外觀也會(huì)很差。

相反，脈沖和改進(jìn)型脈沖噴射工藝則不存在這些問(wèn)題。通過(guò)控制移動(dòng)速度和熱輸入，可防止燒穿。

: g2 y* }, g, O( l, x5 X對(duì)于想要減少填充焊絲的庫(kù)存及轉(zhuǎn)換時(shí)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(lái)顯著的節(jié)省。