鋁材激光焊接機 手持式鋁材激光焊接機加工

一、鋁及鋁合金的焊接特點

1、鋁在空氣中及焊接時較易氧化，生成的氧化鋁（Al2O3）熔點高、非常穩(wěn)定，不易去除。阻礙母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夾渣、未熔合、未焊透等缺欠。鋁材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊縫產(chǎn)生氣孔。

焊接前應(yīng)采用化學(xué)或機械方法進行嚴(yán)格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接過程加強保護，防止其氧化。鎢較氬弧焊時，選用交流電源，通過“陰較清理”作用，去除氧化膜。氣焊時，采用去除氧化膜的焊劑。在厚板焊接時，可加大焊接熱量，例如，氦弧熱量大，利用氦氣或氬氦混合氣體保護，或者采用大規(guī)范的熔化較氣體保護焊，在直流正接情況下，可不需要“陰較清理”。

2、鋁及鋁合金的熱導(dǎo)率和比熱容均約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍多。鋁的熱導(dǎo)率則是奧氏體不銹鋼的十幾倍。在焊接過程中，大量的熱量能被迅速傳導(dǎo)到基體金屬內(nèi)部，因而焊接鋁及鋁合金時，能量除消耗于熔化金屬熔池外，還要有更多的熱量無謂消耗于金屬其他部位，這種無用能量的消耗要比鋼的焊接更為顯著，為了獲得高質(zhì)量的焊接接頭，應(yīng)當(dāng)盡量采用能量集中、功率大的能源，有時也可采用預(yù)熱等工藝措施。

3、鋁及鋁合金的線膨脹系數(shù)約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍。鋁凝固時的體積收縮率非常大，焊件的變形和應(yīng)力非常大，因此，需采取預(yù)防焊接變形的措施。鋁焊接熔池凝固時容易產(chǎn)生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內(nèi)應(yīng)力。生產(chǎn)中可采用調(diào)整焊絲成分與焊接工藝的措施防止熱裂紋的產(chǎn)生。在耐蝕性允許的情況下，可采用鋁硅合金焊絲焊接除鋁鎂合金之外的鋁合金。在鋁硅合金中含硅0.5%時熱裂傾向非常大，隨著硅含量增加，合金結(jié)晶溫度范圍變小，流動性顯著提高，收縮率下降，熱裂傾向也相應(yīng)減小。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，當(dāng)含硅5%~6%時可不產(chǎn)生熱裂，因而采用SAlSi條（硅含量4.5%~6%)焊絲會有更好的抗裂性。

4、鋁對光、熱的反射能力較強，固、液轉(zhuǎn)態(tài)時，沒有明顯的色澤變化，焊接操作時判斷難。高溫鋁強度很低，支撐熔池困難，容易焊穿。

5、鋁及鋁合金在液態(tài)能溶解大量的氫，固態(tài)幾乎不溶解氫。在焊接熔池凝固和快速冷卻的過程中，氫來不及溢出，較易形成氫氣孔。弧柱氣氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊縫中氫氣的重要來源。因此，對氫的來源要嚴(yán)格控制，以防止氣孔的形成。

6、合金元素易蒸發(fā)、燒損，使焊縫性能下降。

7、母材基體金屬如為變形強化或固溶時效強化時，焊接熱會使熱影響區(qū)的強度下降；鋁為面心立方晶格，沒有同素異構(gòu)體，加熱與冷卻過程中沒有相變，焊縫晶粒易粗大，不能通過相變來細(xì)化晶粒。

二、焊接方法

幾乎各種焊接方法都可以用于焊接鋁及鋁合金，但是鋁及鋁合金對各種焊接方法的適應(yīng)性不同，各種焊接方法有其各自的應(yīng)用場合。氣焊和焊條電弧焊方法，設(shè)備簡單、操作方便。氣焊可用于對焊接質(zhì)量要求不高的鋁薄板及鑄件的補焊。焊條電弧焊可用于鋁合金鑄件的補焊。惰性氣體保護焊（TIG或MIG）方法是應(yīng)用廣泛的鋁及鋁合金焊接方法。鋁及鋁合金薄板可采用鎢較交流氬弧焊或鎢較脈沖氬弧焊。鋁及鋁合金厚板可采用鎢較氦弧焊、氬氦混合鎢較氣體保護焊、熔化較氣體保護焊、脈沖熔化較氣體保護焊。熔化較氣體保護焊、脈沖熔化較氣體保護焊應(yīng)用越來越廣泛。

1）氣焊

氣焊的熱功率比電弧焊低，熱量分散，因而焊件變形大，生產(chǎn)效率低。且焊縫金屬晶粒粗大，疏松，容器產(chǎn)生夾渣。實際上被氬弧焊所取代。

2）焊條電弧焊

焊條電弧焊的接頭質(zhì)量較差，工業(yè)中應(yīng)用較少，主要用于焊補。

3）手工鎢較氬弧焊

優(yōu)點：熱量比較集中，電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫金屬致密，焊接接頭的強度和塑性較高，接頭質(zhì)量較優(yōu)，可焊接的板厚度為1mm~20mm，是焊接鋁和鋁合金普通的方法。

缺點：此方法不宜在露天操作。

4）熔化較氬弧焊

優(yōu)點：以焊絲為電較，電流比非常大，電弧功率大，熱量集中，焊接速度快，生產(chǎn)效率高。可焊接厚度為小于50mm。

缺點：焊絲直徑受送絲系統(tǒng)的限制，且焊縫的氣孔敏感性非常大。

5）熔化較脈沖鎢較氬弧焊

焊接電流小，參數(shù)調(diào)節(jié)范圍廣，焊件變形小，適用于薄板焊和全位置焊。常用于2~12mm。

6）其它不常用的焊接方法：等離子弧焊、真空電子束焊、激光焊、電阻焊等。

按照本公司產(chǎn)品的特點及需求宜采用雙脈沖熔化較氣體保護焊，焊接質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高，但焊機成本較高，國產(chǎn)雙脈沖熔化較氣體保護焊機一套（含送絲機、送絲軟管、焊槍等）約4~5萬元；也采用鎢較交流氬弧焊或鎢較脈沖氬弧焊，此焊接方法焊縫成型美觀，焊機成本較低，約1~2萬元，但此種焊接方法生產(chǎn)效率較低，不宜在露天操作。

1、焊絲的選用主要按照下列原則：

（1）純鋁焊絲的純度一般不低于母材；

（2）鋁合金焊絲的化學(xué)成分一般與母材相應(yīng)或相近；

（3）鋁合金焊絲中的耐腐蝕元素（鎂、錳、硅等）的含量一般不低于母材；

（4）異種鋁材焊接時應(yīng)按耐腐蝕較高、強度高的母材選擇焊絲；

（5）不要去耐腐蝕性的高度度鋁合金（熱處理強化鋁合金）可采用異種成分的焊絲，如抗裂性好的鋁硅合金焊絲SAlSi-1等（注意強度可能低于母材）。

本公司選用焊絲需待產(chǎn)品鋁合金材質(zhì)確認(rèn)后再選取，鋁焊絲價格大概在30~40元/Kg。

2、焊絲、焊件的清洗：

在焊前必須將鋁焊絲(鎢較氬弧焊焊絲需進行表面清理，溶化較氣體保護焊盤絲不需進行表面處理，因為盤絲有保護措施防止氧化、污染)、鋁板表面上的油污、氧化膜等污物清洗掉。清洗方法如下：

a) 去油污

在清除氧化膜之前，先將鋁絲表面、鋁板坡口及其兩側(cè)(各30mm內(nèi))的油污、臟物清洗干凈。在生產(chǎn)上一般采用汽油或丙酮、醋酸乙酯、松香水、四氯化碳等溶劑。也可配制一種化學(xué)混合液進行脫脂處理，其步驟如下：

①在溫度為(60～70)℃的混合溶液(工業(yè)磷酸三鈉(40～50)g，物質(zhì)材料(40～50)g，水玻璃(20～30)g，水1L)中加熱(5～8)min；

②在50℃左右的熱水中沖洗2min；

③冷水中沖洗2min。

清除氧化膜 氧化膜的清理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系械清理及化學(xué)清理兩種方法：

①機械清理 在去除油污后，可用不銹鋼絲輪、銅絲輪或刮刀，將焊件坡口兩側(cè)表面刮凈。這種方法較簡便，但清理的質(zhì)量較差，主要用于焊縫質(zhì)量要求不高、焊件尺寸非常大、不易用化學(xué)方法清理或化學(xué)清理后又被局部污染的焊件。這種方法難于清除焊絲表面的氧化膜。

②化學(xué)清理 鋁及鋁合金板材、管子及鋁絲化學(xué)清理時，先把鋁板、鋁管及鋁絲放入溫度為40~60℃、濃度8~10%的氫氧化鈉溶液中侵蝕，保持10~15min（對于鋁合金只需5min）后取出，用冷水沖洗2min；再置于30%的硝酸溶液中進行光化處理，以中和余堿，避免堿液繼續(xù)腐蝕鋁板、鋁管、鋁絲；再用流動的冷水沖洗2~3min。

按本公司產(chǎn)品特點可采用直徑為0.15mm～0.2mm的銅絲刷或不銹鋼刷的機械清理方法，不能使用砂輪打磨,因為使用砂輪打磨只會使氧化膜熔合在焊材表面,而不會真實去除。而且如果使用硬質(zhì)砂輪,其中的雜質(zhì)會進入焊縫,導(dǎo)致熱裂紋。此外,由于Al2O3 膜在較短的時間內(nèi)又會重變新成和堆積,為了使氧化膜盡可能少地影響焊縫,清理完畢后應(yīng)立即施焊。

清理工作完成后，鋁絲應(yīng)置于150~200℃的烘箱內(nèi)，隨用隨取。清理過的焊件、焊絲必妥善保管，不準(zhǔn)隨意亂放。鋁板坡口清理后宜立即進行裝配、焊接，一般不得超過24h。

3、保護氣體：

保護氣體為氬氣、氦氣或其混合氣。交流加高頻TIG焊時，采用大于99.9%純氬氣，直流正較性焊接宜用氦氣。MIG焊時，板厚>25mm時宜用氬氣；板厚25~50mm時氬氣中宜添加10%~35%的氦氣；板厚50mm~75mm時氬氣中宜添加10%~35%或50%的氦氣；當(dāng)板厚<75mm時推薦采用添加50%~75%氦氣的氬氣。氬氣應(yīng)符合GB/T4842-1995《純氬》的要求。氬氣瓶壓低于0.5MPa后壓力不足，不能使用。

按照本公司產(chǎn)品的特點保護氣體采用大于99.9%純氬氣。

4、鎢較

氬弧焊用的鎢較材料有純鎢、釷鎢、鈰鎢、鋯鎢四種。純鎢的熔點和沸點高，不易溶化揮發(fā)，電較燒損及高等的污染較少，但電子發(fā)射能力較差。在純鎢中加入1%~2%氧化釷的電較為釷鎢較，電子發(fā)射能力強，允許的電流密度高，電弧燃燒較穩(wěn)定，但釷元素具有一定的放射性，使用時應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆雷o措施。在純鎢中加入1.8%~2.2%的氧化鈰（雜質(zhì)≤0.1%）的電較為鈰鎢較。鈰鎢較電子逸出功低，化學(xué)穩(wěn)定性高，允許電流密度大，鎢放射性，時目前普遍采用的電較。鋯鎢較可防止電較污染基體金屬，高等易保持半球形，適用于交流焊接。

三、總結(jié)

綜上所述，結(jié)合公司產(chǎn)品發(fā)展方向及鋁合金焊接的主流發(fā)展趨勢，建議采用雙脈沖熔化較氣體保護焊（應(yīng)配套鋁合金焊接專項使用的送絲機及送絲軟管），焊接質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高；保護氣體采用大于99.9%純氬氣；再按產(chǎn)品材質(zhì)選取合適的鋁合金盤絲（焊絲），焊前焊絲、工件坡口及坡口兩側(cè)各50mm范圍應(yīng)用丙酮去除油污，用Φ0.2mm左右的不銹鋼絲刷（輪）清理表面氧化膜，經(jīng)清理的焊絲和焊件焊前嚴(yán)禁沾污，如超過4h未焊，應(yīng)重新清理。