鋁合金不適合哪一種焊接方法

林中樵

co2氣體保護焊、釬焊、電阻點焊、手工電弧焊。
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請各位大俠們解答

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補充內(nèi)容 (2016-9-11 16:43):
一、鋁合金電阻點焊的原理及問題
電阻點焊是利用電流通過電阻產(chǎn)生的熱量和在設備壓力共同作用下實現(xiàn)局部焊接的一種工藝方法。鋁合金點焊是通過點擊對相接觸的兩個鋁板進行通電、加壓形成致密熔核。
鋁合金的化學活性強，表面易形成氧化膜，且多具有難熔性質(zhì)（如A1203的熔點約2050℃，MgO熔點約為2500℃），加之鋁合金導熱性強，焊接時散熱快容易造成不熔合現(xiàn)象。鋁合金點焊中還經(jīng)常存在微型空洞、裂紋等不連續(xù)缺陷以及過深的壓痕等現(xiàn)象，熔核尺寸對接頭的靜載強度影響很大，但對其疲勞強度影響很小—[1]。
目前鋁合金電阻點焊所存在的問題主要有以下幾方面：
1、焊點質(zhì)量不穩(wěn)定
% e5 ?& L3 T7 b2 D鋁合金點焊焊點質(zhì)量不穩(wěn)定主要體現(xiàn)在以下四個方面。
（1）噴濺與飛濺
- y+ ^8 ^7 ]  |- j6 i5 F5 g* h與低碳鋼相比，鋁合金具有很好的導電、導熱性能，其電阻率僅為鋼的三分之一，而導熱率卻為鋼的2-4倍。所以為獲得合格的焊點，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，熔點極高，導電性能極差，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，鋁合金材料熔點低，加熱熔化時的塑性溫度區(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)生會帶走部分熱量和熔化金屬，影響了熔核直徑的大小，對焊質(zhì)量極為不利。
* K" R; I% }  V" Y' I5 r（2）焊點表面質(zhì)量差
鋁合金容易形成低熔點（547℃）共晶物，這種低熔點共晶物的電阻率比較大。鋁合金工件較大的熱導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，以致出現(xiàn)電極與工件的粘連，影響了焊點的表面質(zhì)量。電極與工件的粘連破壞了電極表面的連續(xù)性，進而惡化了后續(xù)焊點焊接時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，對焊點的表面質(zhì)量更為不利。
（3）熔核尺寸波動大
- P: y9 o2 B( K. z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)點焊過程中電極表面的不連續(xù)性具有較強的隨機性，這使得電極-工件間的接觸狀態(tài)不穩(wěn)定。另外，點焊過程又受工件表面狀態(tài)、電極壓力、焊接電流等因素的影響。鋁合金點焊對以上各因素的變化非常敏感，因此連續(xù)點焊中熔核尺寸波動較大。
8 \; N0 w2 L3 ^; q, y" x) I（4）熔核內(nèi)部易產(chǎn)生缺陷
與弧焊相比，鋁合金在點焊時金屬的熔化量較少，其導熱系數(shù)比較大，故而熔核的冷卻速度非�？�；另一方面，由于鋁合金是非導磁材料，液態(tài)熔核區(qū)的流動速度非常小，熔核在凝固時極易形成縮孔、氣孔。雖然這些缺陷對接頭強度影響不大，但對接頭的疲勞性能卻有顯著影響—[2]。
; E) z$ e6 u( m9 ?. y$ c2、電極燒損嚴重，使用壽命短
由于電極-工件間的接觸電阻較大，鋁合金工件的導熱率也較大，而鋁合金點焊又是采用規(guī)定條件進行焊接，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烈的合金化傾向，以上情況導致鋁合金點焊時銅電極的燒損嚴重。銅鋁合金化反應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)焊點的焊接過程中，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)點焊過程中，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，同時也加劇了銅鋁合金化反應的程度。上述因素使得鋁合金點焊時電極的燒損速度增加，使用壽命縮短。
4 v, I; N1 r% n1 `' M) o電極燒損實質(zhì)上是電極表面銅鋁合金化反應的問題。合金化反應的產(chǎn)生條件包括成分和溫度；而反應時間對合金化反應程度的影響非常大。從理論上說，只要破壞了成分，溫度和反應時間中的一個條件，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考慮如何避免或減弱電極燒損問題，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
% v. Z* f7 w: U' e' X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，鋁合金電阻點焊過程很難用焊接電參量的變化來描述。這給鋁合金電阻點焊過程的閉環(huán)控制帶來很大困難。
鋁合金點焊的焊點質(zhì)量不僅包括了熔核尺寸的波動，也包括飛濺和噴濺、焊點表面成形質(zhì)量差及工件與電極易出現(xiàn)粘連等。因此，鋁合金點焊所面臨的質(zhì)量問題遠比低碳鋼復雜。而主要針對低碳鋼點焊問題所提出的以保證熔核大小穩(wěn)定為目標的各種控制方法并不適合與鋁合金點焊，尤其是對工件電極的粘連問題和焊點表面成形質(zhì)量差的問題更是無能為力。能量是點焊過程的本質(zhì)問題。從理論上說，能量控制是點焊質(zhì)量控制中的最為本質(zhì)的方法。能量控制的理論基礎是點焊過程中的產(chǎn)熱分析和能量分布分析，而點焊過程中的產(chǎn)熱分析和能量分布分析是無法通過實驗來進行的。應該說，在目前能量控制的理論依據(jù)及如何實現(xiàn)能量控制還沒得到很好的解決—[4]。
7 d0 L& {6 h- y/ O; W8 E! ]4 r二、鋁合金電阻電焊改進工藝措施
點焊的工藝參數(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)檢驗熔核直徑符合要求后，再在適當?shù)姆秶鷥?nèi)調(diào)節(jié)電極壓力、焊接時間和電流，進行試樣的焊接和檢驗，直到焊點質(zhì)量完全符合技術條件所規(guī)定的要求為止。
* g, x! b/ b) c  D+ A( A通電焊接必須在電極壓力達到穩(wěn)定值后進行，否則可能因壓力過低而噴濺，或者因各點壓力不一致而影響加熱，造成焊點強度波動。
( l& F7 o: \  W/ h$ O' U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。這一點在直流脈沖焊機上尤為重要。
為了改善接頭的性能，有時需要將下列各項中的一項或多項加以考慮：
# t3 L/ ~( d+ ]% L1）加大預壓力以消除厚工件的間隙，使之緊密貼合；
+ D9 l5 b) |* [) t2）用預熱脈沖提高金屬的塑性，使工件易于緊密貼合、防止噴濺；
. N+ l- m! S5 Y4 Z/ E/ f0 D, v' u3）加大鍛壓力以壓實熔核，防止產(chǎn)生裂紋和縮孔；
4）采用較大電流和較短通電時間，保證既有足夠的熱量形成熔核，又能減少表面過熱；
- k- p& \( W/ Z+ z5）焊前必須清理氧化膜；
: U" p$ y. I3 Y, h6 T6 Z$ ?另外，在選擇焊接機應考慮以下因素；
①電流波形最好具有緩聲緩降的特點
6 T, B6 W1 ]" \, ]②能準確控制工藝參數(shù)，且不受電網(wǎng)電壓波動影響
③能夠提供階形或馬鞍形電極壓力