铝合金焊接采用的方法比较多,主要是钨极气体保护焊和熔化极气体保护焊,此外也经常用到钨极脉冲氩弧焊、熔化极脉冲氩弧焊、等离子弧焊、钨极直流氦弧焊、真空电子束焊等方法。
铝及铝合金焊接的一个重要特点,就是其电极、电弧和焊接熔池以及高温下的金属都应处于保护气体中。
为什么需要保护气体呢?
一方面要探究铝的特性,因为在常规空气中,它极易与氧化合生成一层稳定的氧化铝薄膜,其熔点高达2050℃。而且,氧化铝薄膜具有很强吸附性,所吸附的水分在焊接时会促使焊缝生成气孔。在电弧焊中,如果要清除氧化膜,是通过被电离的保护气体的撞击效果以及从工件流向电极的电子破碎效果来实现的,是比较繁复的。
铝同钢相比,具有不同的物理、化学和机械性能,从而导致其具有与钢截然不同的焊接特性。比如具有明显低的熔点(560-660℃),但由于它具有高的热传导性和熔化热,铝焊接时所需要的热量与钢相当。
铝冷却凝固时,会产生较大的收缩量以及较大的热膨胀系数使其在加热和冷却过程中产生形状变化,容易引起焊接裂纹、变形和残余应力。
另外,选用氩气或氦气,由于惰性气体在化学上具有持久的中性,乃至高温时不与熔化的金属或空气中的氧气形成化合物。所以,在铝合金的电弧焊中使用惰性气体作为保护气体,像焊接钢材时使用的C02活性气体就不适用于焊接铝及铝合金。
通常情况,铝合金焊接时采用纯氩气保护。也有氩气和氦气的混合气,当然也有采用纯氦气的。
那么,铝合金焊接选用保护气体氩气或氦气有什么要求呢?
首先,采用氩气或氦气的纯度必须大于99.99%,其露点应低于-50℃(当压力为1bar时),像宝速德液氩99.999%纯度都能满足现场需求。
氩气或氦气的作用就是防止空气进入熔池,对熔化金属和处于高温下的金属进行有效的保护。惰性保护气体还可以起到稳定电弧的作用。
其次,在同等焊接电流的情况下,氦气的电弧功率和热量集中程度要高于氩气。但是,氩气能够产生更明显稳定的电弧,而且采用氩气比氦气比较容易引弧。因此,交流钨极气体保护焊,优先选择氩气或氩-氦混合气作为保护气体。
铝合金焊接,选用单原子气体的氩气和氦气,单一或两种气体的混合物,已经可靠地运用于生产实践中。氩气和氦气的基本区别在于其原子量不同,以及电弧电压也存在区别。还应注意到,由于氦气密度比氩气低,这就需要2.5到3倍的氦气流量才能达到氩气同样的保护效果。
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