鋁合金不適合哪一種焊接方法

林中樵

co2氣體保護(hù)焊、釬焊、電阻點(diǎn)焊、手工電弧焊。
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, z% t3 _; _  `% r$ W請(qǐng)各位大俠們解答
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補(bǔ)充內(nèi)容 (2016-9-11 16:43):
一、鋁合金電阻點(diǎn)焊的原理及問(wèn)題
電阻點(diǎn)焊是利用電流通過(guò)電阻產(chǎn)生的熱量和在設(shè)備壓力共同作用下實(shí)現(xiàn)局部焊接的一種工藝方法。鋁合金點(diǎn)焊是通過(guò)點(diǎn)擊對(duì)相接觸的兩個(gè)鋁板進(jìn)行通電、加壓形成致密熔核。
8 V8 Y' z5 g# }( F$ c! p鋁合金的化學(xué)活性強(qiáng)，表面易形成氧化膜，且多具有難熔性質(zhì)（如A1203的熔點(diǎn)約2050℃，MgO熔點(diǎn)約為2500℃），加之鋁合金導(dǎo)熱性強(qiáng)，焊接時(shí)散熱快容易造成不熔合現(xiàn)象。鋁合金點(diǎn)焊中還經(jīng)常存在微型空洞、裂紋等不連續(xù)缺陷以及過(guò)深的壓痕等現(xiàn)象，熔核尺寸對(duì)接頭的靜載強(qiáng)度影響很大，但對(duì)其疲勞強(qiáng)度影響很小—[1]。
目前鋁合金電阻點(diǎn)焊所存在的問(wèn)題主要有以下幾方面：
4 v& h3 ~% |: [: ?& b2 E! J& \. U1、焊點(diǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定
鋁合金點(diǎn)焊焊點(diǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面。
（1）噴濺與飛濺
與低碳鋼相比，鋁合金具有很好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，其電阻率僅為鋼的三分之一，而導(dǎo)熱率卻為鋼的2-4倍。所以為獲得合格的焊點(diǎn)，在相同的條件下鋁合金就需要更大的焊接電流以獲得足夠熱量。鋁元素非常活潑，在鋁合金材料表面非常容易形成氧化膜，這層氧化膜組織致密，熔點(diǎn)極高，導(dǎo)電性能極差，這就使得接觸電阻比較大。在規(guī)定焊接條件下，接觸面上產(chǎn)生較多的熱量；另一方面，鋁合金材料熔點(diǎn)低，加熱熔化時(shí)的塑性溫度區(qū)間窄，所以很容易在工件間接觸面上造成噴濺，在電極-工件間造成飛濺。噴濺和飛濺的產(chǎn)生會(huì)帶走部分熱量和熔化金屬，影響了熔核直徑的大小，對(duì)焊質(zhì)量極為不利。
/ o$ ~& j; z. S（2）焊點(diǎn)表面質(zhì)量差
+ J6 B5 @- m$ N" k鋁合金容易形成低熔點(diǎn)（547℃）共晶物，這種低熔點(diǎn)共晶物的電阻率比較大。鋁合金工件較大的熱導(dǎo)率及接觸面上較大的熱量產(chǎn)生使得電極-工件接觸面上產(chǎn)生局部熔化并發(fā)生共晶反應(yīng)，以致出現(xiàn)電極與工件的粘連，影響了焊點(diǎn)的表面質(zhì)量。電極與工件的粘連破壞了電極表面的連續(xù)性，進(jìn)而惡化了后續(xù)焊點(diǎn)焊接時(shí)電極與工件間的接觸狀態(tài)，使電極-工件間的接觸由起始連續(xù)接觸變?yōu)椴贿B續(xù)接觸。在規(guī)定焊接條件下，這種不連續(xù)接觸將加劇飛濺、局部熔化及粘連的產(chǎn)生，對(duì)焊點(diǎn)的表面質(zhì)量更為不利。
（3）熔核尺寸波動(dòng)大
; Q1 u- f* {. I" s( r電極-工件表面上的局部熔化、飛濺及電極與工件的粘連，破壞了電極表面的連續(xù)性；并且在連續(xù)點(diǎn)焊過(guò)程中電極表面的不連續(xù)性具有較強(qiáng)的隨機(jī)性，這使得電極-工件間的接觸狀態(tài)不穩(wěn)定。另外，點(diǎn)焊過(guò)程又受工件表面狀態(tài)、電極壓力、焊接電流等因素的影響。鋁合金點(diǎn)焊對(duì)以上各因素的變化非常敏感，因此連續(xù)點(diǎn)焊中熔核尺寸波動(dòng)較大。
  }9 \4 @5 E5 d# z7 Q4 V（4）熔核內(nèi)部易產(chǎn)生缺陷
  C- R' t! }- }; R+ k+ T- r! G與弧焊相比，鋁合金在點(diǎn)焊時(shí)金屬的熔化量較少，其導(dǎo)熱系數(shù)比較大，故而熔核的冷卻速度非常快；另一方面，由于鋁合金是非導(dǎo)磁材料，液態(tài)熔核區(qū)的流動(dòng)速度非常小，熔核在凝固時(shí)極易形成縮孔、氣孔。雖然這些缺陷對(duì)接頭強(qiáng)度影響不大，但對(duì)接頭的疲勞性能卻有顯著影響—[2]。
2、電極燒損嚴(yán)重，使用壽命短
6 \9 G( U. ?" B5 @5 H6 K  i由于電極-工件間的接觸電阻較大，鋁合金工件的導(dǎo)熱率也較大，而鋁合金點(diǎn)焊又是采用規(guī)定條件進(jìn)行焊接，所以電極-工件間接觸面上的溫度較高，且鋁與銅之間存在著強(qiáng)烈的合金化傾向，以上情況導(dǎo)致鋁合金點(diǎn)焊時(shí)銅電極的燒損嚴(yán)重。銅鋁合金化反應(yīng)生成合金層的主要成分為CuAl2 金屬間化合物，其電阻率為銅的5倍左右。由于該合金層粘附在電極表面，在后續(xù)焊點(diǎn)的焊接過(guò)程中，合金層的存在增大了電極-工件間的接觸電阻，即增加電極-工件間的產(chǎn)熱量。在連續(xù)點(diǎn)焊過(guò)程中，電極表面不連續(xù)程度的增加也加劇了電極-工件間局部熔化和飛濺的產(chǎn)生，同時(shí)也加劇了銅鋁合金化反應(yīng)的程度。上述因素使得鋁合金點(diǎn)焊時(shí)電極的燒損速度增加，使用壽命縮短。
3 t8 d* `1 l( ?電極燒損實(shí)質(zhì)上是電極表面銅鋁合金化反應(yīng)的問(wèn)題。合金化反應(yīng)的產(chǎn)生條件包括成分和溫度；而反應(yīng)時(shí)間對(duì)合金化反應(yīng)程度的影響非常大。從理論上說(shuō)，只要破壞了成分，溫度和反應(yīng)時(shí)間中的一個(gè)條件，就可以克服或減弱電極燒損。目前電極燒損方面的研究大多限于從成分條件的角度來(lái)考慮如何避免或減弱電極燒損問(wèn)題，而在如何降低電極-工件接觸面溫度及減少電極-工件間接觸面處于高溫區(qū)的時(shí)間方面做的工作較少—[3]。
3、缺乏有效的焊接質(zhì)量控制方法
鋁合金的電阻率低，阻溫系數(shù)也比較小。從室溫到熔化溫度電阻率的變化幅度僅為3倍左右。所以，鋁合金電阻點(diǎn)焊過(guò)程很難用焊接電參量的變化來(lái)描述。這給鋁合金電阻點(diǎn)焊過(guò)程的閉環(huán)控制帶來(lái)很大困難。
鋁合金點(diǎn)焊的焊點(diǎn)質(zhì)量不僅包括了熔核尺寸的波動(dòng)，也包括飛濺和噴濺、焊點(diǎn)表面成形質(zhì)量差及工件與電極易出現(xiàn)粘連等。因此，鋁合金點(diǎn)焊所面臨的質(zhì)量問(wèn)題遠(yuǎn)比低碳鋼復(fù)雜。而主要針對(duì)低碳鋼點(diǎn)焊問(wèn)題所提出的以保證熔核大小穩(wěn)定為目標(biāo)的各種控制方法并不適合與鋁合金點(diǎn)焊，尤其是對(duì)工件電極的粘連問(wèn)題和焊點(diǎn)表面成形質(zhì)量差的問(wèn)題更是無(wú)能為力。能量是點(diǎn)焊過(guò)程的本質(zhì)問(wèn)題。從理論上說(shuō)，能量控制是點(diǎn)焊質(zhì)量控制中的最為本質(zhì)的方法。能量控制的理論基礎(chǔ)是點(diǎn)焊過(guò)程中的產(chǎn)熱分析和能量分布分析，而點(diǎn)焊過(guò)程中的產(chǎn)熱分析和能量分布分析是無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行的。應(yīng)該說(shuō)，在目前能量控制的理論依據(jù)及如何實(shí)現(xiàn)能量控制還沒(méi)得到很好的解決—[4]。
: l/ a: X5 |9 z7 x5 U二、鋁合金電阻電焊改進(jìn)工藝措施
點(diǎn)焊的工藝參數(shù)通常是根據(jù)工件的材料和厚度，參考該種材料的焊接條件選取。首先確定電極的斷面形狀和尺寸，其次初步選定電極壓力和焊接時(shí)間，然后調(diào)節(jié)焊接電流；以不同的電流焊接試樣，經(jīng)檢驗(yàn)熔核直徑符合要求后，再在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)調(diào)節(jié)電極壓力、焊接時(shí)間和電流，進(jìn)行試樣的焊接和檢驗(yàn)，直到焊點(diǎn)質(zhì)量完全符合技術(shù)條件所規(guī)定的要求為止。
9 w' k0 {$ |- p% z9 b1 U( v# R. o通電焊接必須在電極壓力達(dá)到穩(wěn)定值后進(jìn)行，否則可能因壓力過(guò)低而噴濺，或者因各點(diǎn)壓力不一致而影響加熱，造成焊點(diǎn)強(qiáng)度波動(dòng)。
0 q4 f6 y& b9 j4 B3 }電極提起必須在電流全部切斷之后，否則電極工件間將引起電弧，燒傷工件。這一點(diǎn)在直流脈沖焊機(jī)上尤為重要。
, f+ e  s& r  t  S1 q為了改善接頭的性能，有時(shí)需要將下列各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)加以考慮：
( Q# [1 w0 E/ O  x+ o5 K% m/ u1）加大預(yù)壓力以消除厚工件的間隙，使之緊密貼合；
2）用預(yù)熱脈沖提高金屬的塑性，使工件易于緊密貼合、防止噴濺；
8 P% V% o4 P' j% [# m# p3）加大鍛壓力以壓實(shí)熔核，防止產(chǎn)生裂紋和縮孔；
# h: F9 T, L8 u# X2 D4）采用較大電流和較短通電時(shí)間，保證既有足夠的熱量形成熔核，又能減少表面過(guò)熱；
5）焊前必須清理氧化膜；
另外，在選擇焊接機(jī)應(yīng)考慮以下因素；
; p! m3 X- J. @! _, l4 p# z" @①電流波形最好具有緩聲緩降的特點(diǎn)
②能準(zhǔn)確控制工藝參數(shù)，且不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)影響
! c2 q: S( b5 ^: R- G) r③能夠提供階形或馬鞍形電極壓力