使用拉弧式螺柱焊工艺的螺柱端部会被加工成锥度或小接触面,是为了更容易的引弧,而且,为了防止焊接时的空气侵入,焊接时会采用与螺柱配套的陶瓷环,飞溅金属与气流将会一起有陶瓷环内的空间排出(长周期),在螺柱压下后形成焊缝。
1.1.4 螺柱焊的特点
螺柱焊是一种高效的焊接方法,其生产效率高,焊接质量可靠,焊接无辐射,无声,没有烟雾,工作环境优良,焊接人员可连续并行作业【6】。作为弧焊的一种,其优点在于放电尖端不由螺柱提供,从而大大简化了螺柱焊生产工装的要求。
储能式螺柱焊:连续焊接时间短(一般小于3ms),焊件热变形较小,适合薄板焊接,不需使用陶瓷环保护。
拉弧式螺柱焊:连续焊接时间相对较长(一般5-300ms),热变形较小,焊接时一般采用惰性气体或瓷环保护,焊接接头性能良好。
1.2 铝及铝合金的焊接特点
铝由于其良好的导电性能、抗腐蚀性能、导热性能,比强度较大等优点,在工业上得到了大量的应用。铝及铝合金的机械性能与其纯度相关,纯度高,则塑性高,强度低【7】。由于其独特的物理化学性能,铝及铝合金的焊接中有如下困难和特点【8】:
1.铝表层的致密的氧化膜会对影响到焊缝质量,是由于氧化铝的熔点约为2050℃,而铝的熔点却约为660℃,若未能有效的清理,会很严重的影响焊缝的性能。
2.铝及铝合金较大的热导率以及良好的导电性,使得其若要达到与钢一样的焊接速度,则需要比焊接钢材时大2-4倍的焊接线能量,而其熔点过低导致其很难承受较大的热输入。
3.液态的铝对氢的溶解度较高,且铝的高热导率使得其散热快,溶解在其中的氢无法溢出并形成较多的气孔。
4.由于铝具有较大的热膨胀系数,使得其焊接完成后易产生较大的热应力、变形和裂纹。
5.由于铝热导率好,氧化铝对焊缝熔池形成产生影响,导致焊缝形成时易产生大量气孔和缺陷,所以其焊接接头软化严重,强度较低。
1.3 铝及铝合金的螺柱焊
1.3.1 电容式螺柱焊
对于直径较小的铝螺柱(一般6mm及以下)采用的是电容放电的方式进行引弧,即电容式螺柱焊(见图1.3.1-1)。利用电容式焊接铝螺柱有个比较好的有点,焊接过程大约耗时1ms,焊接时较高的瞬间电流密度会击碎铝的氧化层,而且产生的金属蒸汽对熔池起到了保护作用,很好的隔绝了空气。不过不足也很明显,对于较大直径的铝螺柱(8mm及以上),使用电容放电进行铝螺柱焊的引弧不稳定,不过采用超级电容或许能使得较大直径铝螺柱焊接时稳定的引弧【9】。
对于纯铝螺柱来说,由于对抗冷成型的能力相对较弱,所以进行引弧时,螺柱尖端冲击在工件上会造成一定程度的变形【10】。
为了有效地进行电容放电引弧,工件表面和螺柱的焊接面需保持干净且光滑,螺柱和工件,夹具以及地线应保持良好的接触,最后要注意防止弧偏吹。
使用电容式螺柱焊进行铝螺柱的焊接时,需注意【11】:
1.工件以及螺柱在焊前必须进行干燥处理;
2.螺柱的凸尖保持其原尺寸最为适合;
3.进行防锈铝螺柱的焊接时,如果焊前不对螺柱进行打磨,则可省去气体保护;
4.焊接角度小于5°时,对焊缝质量影响较小。
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