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鋁釘焊接時(shí)的特征
鋁具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗腐蝕能力，有利于變形特性以及有較大的比強(qiáng)度，因此在工業(yè)方面得到了廣泛的應(yīng)用。
但是，鋁釘焊接時(shí)的特征與鋼有很多不同之處。焊接鋁與焊接鐵基材料有所不同，與兩者物理特性有關(guān)下表列出影響純鋁與鐵焊接性能的物理特性值。
| 物理性能 | 單位 | 鐵 | 鋁 |
| 金屬的密度 | g/cm3 | 7.85 | 2.7 |
| 氧化物的密度 | g/cm3 | 3.70 | 3.4 |
| 金屬的熔點(diǎn) | ℃ | 1539 | 660 |
| 氧化物的熔點(diǎn) | ℃ | 1460-1580 | 2050 |
| 固態(tài)時(shí)的溶氫能力① | cm3/100g | 8 | 0.05 |
| 導(dǎo)熱率 | W/（cm·K） | 0.58 | 2.2 |
| 導(dǎo)電性 | Ω·m/mm2 | 10 | 35 |
根據(jù)這些物理性能方面的區(qū)別，鋁焊接時(shí)的特征是：
(1)和氧的高親和力：在短時(shí)間內(nèi)能夠在光澤鋁板平面生成高熔點(diǎn)的氧化層(A1203)，其熔點(diǎn)溫度大約2050℃。而它的密度較大，約3.70 g/cm3，造成夾渣和增加未熔合的危險(xiǎn)。
(2)熔點(diǎn)：鋁比鐵的熔點(diǎn)低很多。鋁加熱時(shí)，當(dāng)鋁還不太紅時(shí)就已經(jīng)熔化了。而鐵基材料有十分明顯的“粘稠”狀態(tài)，對純鋁來說，則局限在一個(gè)很窄的溫度段內(nèi)。當(dāng)鋁的焊接處看起來是固態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)瞬間都已變成稀熔液狀態(tài)了。因此在焊接鋁時(shí)要精確控制熱量的輸入。
(3)熱導(dǎo)率：鋁的熱導(dǎo)性比鐵的熱導(dǎo)性大3倍，焊接時(shí)要集中線能量。
(4)溶氫能力：鋁在固態(tài)時(shí)完全不能溶解氫。所有在焊接過程中溶入液態(tài)鋁熔池中的氣體，在熔池凝固之前必須由焊縫中排出。否則，氣體將以氣孔形式殘留在焊縫中。
氫氣的來源主要是母材表面的氧化層。這種氧化層具有吸濕性，它可吸引濕氣并溶入熔池。采取的對策是在焊接之前徹底清除待焊工件表面的氧化層。
1.鋁 螺柱焊時(shí)要注意的問題
在螺柱焊生產(chǎn)中，遇到最多的是工業(yè)純鋁和防銹鋁只要正確選擇 焊接方法、制訂合理的 焊接工藝。以及仔細(xì)清理和裝配工件就可獲得滿意的焊接質(zhì)量。需要注意的有：
(1)在鋁螺柱焊時(shí)造成的氣孔，最普遍的是因?yàn)槁葜湍覆那謇聿桓蓛簦蛘呤乔謇砗蠓胖脮r(shí)間過長。因此，在焊接鋁及其合金時(shí)，工件必須仔細(xì)清洗。生產(chǎn)中采用的方法，根據(jù)不同生產(chǎn)情況分為兩種：
①機(jī)械清理。在焊接處用銅絲輪打光。但不要?jiǎng)澓厶睿駝t反而易于玷污。工件個(gè)別地方機(jī)械清理不夠徹底時(shí)，可用酒精或汽油(丙酮)擦除油污。
②化學(xué)法清洗。在成批生產(chǎn)鋁螺柱焊工件時(shí)，用化學(xué)清洗的效果與藥品濃度、清洗溫度和清洗時(shí)間有著很重要的關(guān)系。生產(chǎn)實(shí)踐用的化學(xué)清洗規(guī)范見下表：
| 材料 | 堿洗 | 沖洗 | 光化 | 沖洗 | 干燥 | ||||
| NaOH濃度/% | 溫度/℃ | 時(shí)間/min | HNO3 濃度/% | 溫度/℃ | 時(shí)間/min | ||||
| 工業(yè)純鋁 防銹鋁 | 8 | 50-60 | 20 | 清水 | 30 | 室溫 | 1 | 清水 | 自然晾干或低溫干燥箱中干燥 |
已經(jīng)清洗的工件最好在24小時(shí)之內(nèi)進(jìn)行焊接。如果放置時(shí)間過長。就會重新生成較厚的氧化膜并吸收水分或玷污工件，仍不能保證焊接質(zhì)量。
(2)焊接熔池必須非常認(rèn)真地與大氣屏蔽，只能在極短的焊接時(shí)間(< 1.5 ms)情況下作業(yè)，通常電弧生成的金屬蒸汽能阻止與大氣的作用。在較長的焊接時(shí)間中，需要借助保護(hù)氣體(主要是純氬，純度99.99%)實(shí)現(xiàn)完善的屏蔽。由于螺柱焊的情況是錯(cuò)綜復(fù)雜的，螺柱夾持器在 焊槍的保護(hù)氣體氣室上方是無異議的，而且是完全無干擾的氣流。但是在 焊接作業(yè)時(shí)，焊槍不斷的往上和往下反復(fù)動(dòng)作以及裝螺柱作業(yè)后，通電流之前保護(hù)氣體還沒有提前供氣，這樣就會使空氣滲入焊槍的保護(hù)氣體的氣室。
(3)在鋁螺柱用氬氣作保護(hù)時(shí)，利用氬弧焊時(shí)可以自動(dòng)地清除氧化膜的現(xiàn)象(因?yàn)闅寤『笗r(shí)正離子撞擊陰極表面所放出的能量，比電子撞擊陰極表面所放出能量要大)，而螺柱焊是采用直流電源，把工件接負(fù)極(即直流反接)。那么，由于正離子沖擊工件表面的結(jié)果，就可以把氧化膜清除。這種現(xiàn)象一般稱為“陰極破碎”或“陰極凈化”。所以在鋁螺柱焊時(shí)采用反接極性。
(4)鋁螺柱焊時(shí)稀薄的熔池具有微小的焊釉粘度。鋁螺柱浸入工件時(shí)擠向熔池外表面，這樣很容易向工件單側(cè)傾斜，所以在操作時(shí)要予以注意。
(5)鋁 螺柱焊接時(shí)并不是很容易得到無氣孔和少氣孔的優(yōu)秀焊接效果。雖然使用陶瓷環(huán)能夠保持熔池反應(yīng)尺寸，但是，要是使用了受潮的陶瓷環(huán)，當(dāng)電弧與受潮的陶瓷環(huán)一起作用時(shí)，附加的氫氣會全部溶解在焊錠中。
因此，對于用陶瓷環(huán)拉弧鋁螺柱焊時(shí)，陶瓷環(huán)一定要干燥，否則陶瓷環(huán)應(yīng)加熱干燥處理(升溫至900℃保溫1小時(shí)以上)后再使用。
2.儲能式鋁螺柱焊
多年以來，對于到M8為止的鋁螺柱保持用 儲能式螺柱焊方法。大約1ms的焊接時(shí)間能阻止熔池與大氣的作用。較高的電流密度破壞了鋁材的氧化皮并形成金屬蒸氣保護(hù)了熔池。然而對于M10及以上規(guī)格較大的鋁螺柱時(shí)，使用儲能式鋁螺柱是不穩(wěn)定的。
借助帶法蘭螺柱增大焊接面積。由于氣孔和未熔合造成的在拉力和彎曲試驗(yàn)時(shí)的斷裂，通常在螺柱，而不是在焊接區(qū)。就焊接工業(yè)純鋁螺柱來說，焊接區(qū)只能加載低微的強(qiáng)度。而焊接防銹鋁螺柱，在大多數(shù)情況下效果較好，螺柱斷裂前可承受較大的可塑變形。
純鋁螺柱相對來說質(zhì)地較軟。因此當(dāng)焊接時(shí)尖端引燃沖擊在工件上時(shí)可能會發(fā)生變形，從而對進(jìn)行的焊接過程造成干擾。
為了有利于儲能式鋁螺柱焊，前提條件是：
(1)工件表面干凈且不粗糙；
(2)螺柱前端表面干凈；
(3)螺柱和夾持器、工件和地線夾接觸沒有問題且必須防止 電弧偏吹。
