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薄鍍層板材的電弧釬焊

查看：1528 　發(fā)稿日期：2016-01-13 19:59:12

近年來帶鍍層的板材（如鍍鋅板）在工業(yè)中應用增多，鍍鋅板和鋁、鎂同作為最具前景的材料而越來越受到人們的重視。然而，鍍鋅板材如何有效地焊接一直是一個困擾著工程技術(shù)人員的難題，因為鋅的熔點約為420℃，揮發(fā)溫度為908℃，普通熔焊的高溫電弧(約3000℃～4000℃)必然會使其大量蒸發(fā)，這不僅容易導致各種焊接缺陷，而且破壞了鋅層的抗腐蝕功能。現(xiàn)在，這些問題已成為過去，這得感謝FRONIUS公司研制的創(chuàng)新技術(shù)--MIG電弧釬焊。

MIG電弧釬焊從某種意義上說也屬于熔化極氣體保護焊(MAG)，它采用低熔點的銅基焊絲代替碳鋼焊絲，焊接時熱輸入量低，母材不會熔化，同時鋅的蒸發(fā)降至最低，提高了焊縫的抗腐蝕性能（銅基焊縫也耐腐蝕），從而確保了鍍鋅板的焊接更好、更有效。
MIG電弧釬焊在工業(yè)實際應用中已取得巨大的成功，許多汽車制造業(yè)企業(yè)都越來越多地應用銅基焊絲焊接生產(chǎn)重要部件。近來，MIG釬焊還用來焊接非鍍層板（如合金鋼、非合金鋼、不銹鋼、銅），同樣獲得了良好的效果。
鍍鋅板材的MIG釬焊
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，應用抗腐蝕鍍層板材的領(lǐng)域越來越廣，大量鍍鋅薄板材用于汽車制造（圖1）、冷藏箱、建筑等領(lǐng)域。
受熔點和揮發(fā)溫度的影響，鍍鋅板材的焊接過程中，鋅的揮發(fā)和氧化會導致氣孔、未熔合及裂紋甚至影響電弧穩(wěn)定性，因此焊接鍍鋅板材最好的方法是減少熱輸入量。
還有一種可行的方法是用釬焊材料來焊接鍍鋅板，最常用的焊絲是銅硅合金（如CuSi3）和銅鋁合金。由于這些焊絲中銅的含量高，熔點相對降低（大約1000℃～1800℃，由合金成份決定），這個溫度下母材還未熔化，這樣的接頭實際上是釬焊頭。通常推薦使用的保護氣是氬氣（Ar），然而實驗證明，CuSi3也可用含少量O2或CO2的混合氣體作保護氣，這樣電弧的穩(wěn)定性更好。
用MIG電弧釬焊有以下優(yōu)點：焊縫無腐蝕、飛濺很少、鍍鋅層燒損少、焊縫易機械加工、近縫區(qū)可受到陰極保護等。
填充金屬
下列銅合金可作為電弧釬焊鍍鋅板材的焊絲：A202M（SG-CuSi3，材料號2.1461）、A207M（SG-CuSi2Mn，材料號2.522，非標準）、A2115/8M（SG-CuAL8，材料號2.0921）。
實際工作中，CuSi3焊絲應用最廣泛，它的優(yōu)點是焊縫硬度低，焊后機加工容易。焊絲的流動性能很大程度上取決于硅的含量，硅含量越高，熔池流動性越好，這可以滿足小間隙的接頭。
A207M焊絲也可以用來焊接鍍鋅板，焊絲中含1%M n，主要是為了提高焊縫的硬度，但焊后焊縫加工相對困難些，所以這種焊絲主要用在焊后無需處理的場合。
CuAl8焊絲主要用來焊接包鋁板鋼材，此外，很多銅合金也可作釬焊焊絲，如A216M（SG-CuAl8Ni2）、A200SM（SG-CuSn）、A203/6M（SG-CuSn6）等。
短路過渡和噴射過渡
厚的鍍鋅層（15祄以上）在焊接時會產(chǎn)生大量鋅蒸汽從而影響焊接的穩(wěn)定性，因此最好采用短弧的短路過渡或噴射過渡，短弧長可使電弧更加穩(wěn)定。基于以上原因，對焊接電源及其控制特性就有很嚴格的要求。
脈沖電弧
在富氬保護氣環(huán)境焊接時，通過選擇合適的基值和峰值電流參數(shù)可以控制短路過渡，選擇到最佳的參數(shù)時，恰好每個脈沖使一粒金屬熔滴從焊絲上脫離。Fronius公司研究人員還發(fā)現(xiàn)，對于不同的填充金屬和保護氣體必須有不同的脈沖波形。
為了盡量減少鍍鋅的揮發(fā)，必須采用低能量的MIG電弧釬焊，這就要求電源在低功率下能提供特別穩(wěn)定的電弧。如果有很靈敏的弧長反饋控制，就可在很低的基值電流下保持穩(wěn)定的短弧。
當焊絲干伸長（導電嘴與電弧之間的焊絲長度）發(fā)生變化，而實際工作環(huán)境要求其不產(chǎn)生飛濺時，就要求確保控制金屬過渡形式為“每個脈沖產(chǎn)生一個熔滴”。
總之，低的熱輸入量可減少鋅的揮發(fā)，從而降低氣孔率，提高接頭強度，也有利于焊縫的機械加工（如打磨）。
協(xié)同操作
要獲得好的焊縫，還要求焊接電源提供靈活的參數(shù)選擇，眾多型號的焊絲在脈沖焊時有很好的過渡形式也要求有大量連續(xù)可調(diào)的參數(shù)（約30個參數(shù)），然而這么多的參數(shù)調(diào)節(jié)使得電源操作起來非常麻煩，只有少數(shù)專家才能使用，因此，應該將各種焊絲及其對應的保護氣所需的焊接參數(shù)預先程序化，這樣就可以協(xié)同操作，使焊機對每個焊工來說都很容易使用。實際上，對于各種不同的母材，焊絲及保護氣體所需的最佳參數(shù)的選擇工作，F(xiàn)ronius公司在設(shè)備制造時就已經(jīng)為用戶做好了，這些經(jīng)驗參數(shù)都貯存在EPROM存貯模塊中，并形成了一個數(shù)據(jù)庫，使用者只需要直接在焊接電源操作面板上選擇填充材料就可以了。
送絲機
釬焊絲很軟，這就對送絲系統(tǒng)提出了一些特殊要求，如送絲時不能有任何損傷，接觸壓力不能太大等，另一點是要求能夠準確順利地送入導絲管，且導絲管必須是柔性的。Fronius四輪送絲機采用光滑的U型槽送絲輪和柔軟耐磨的石墨纖維送絲軟管，可實現(xiàn)穩(wěn)定的送絲。
焊槍傾角
焊槍“前推”（前進方向與傾角相反）進行薄板釬焊，基值電流時的電弧會使前方的鍍鋅預熱到揮發(fā)溫度，熔滴過渡帶來的熱量會使少量鍍鋅層揮發(fā)，進入熔池的鋅蒸汽在凝固過程中又繼續(xù)排出，因此焊縫中殘留氣孔極少，甚至根本沒有。焊槍“后拖”（前進方向與傾角方向相同）施焊時，預熱效果達不到鋅的揮發(fā)溫度，這就意味著大量鋅蒸汽會擴散到熔池中，雖然焊槍的傾角有“后熱”作用可延長熔池的凝固時間，但還不足以使大量鋅蒸汽從焊縫中逸出，而且逸出的鋅蒸汽對于電弧的穩(wěn)定性的影響大于“前推”施焊。
提高安全性
傳統(tǒng)的MAG焊（即CO2氣保焊焊）鍍鋅板產(chǎn)生大量的鋅蒸汽，損害操作人員的身體健康。用MIG電弧釬焊焊接，熱輸入量低焊接煙塵和飛濺大大降低，改善了工作環(huán)境。
抗拉強度測試
以下是一組不同的填充材料和不同的過渡形式（自由短路過渡和脈沖電弧過渡）得出的靜抗拉強度測試：測試前，試樣經(jīng)過X光探傷，正如所預料的那樣，用SG2焊的試樣，不論是自由短路過渡還是脈沖過渡都含有大量氣孔，原因是有鋅的大量蒸發(fā)，而用CuSi3焊的試樣則無氣孔，這是因為釬焊溫度低，鋅揮發(fā)得少，氣孔少了，抗拉強度就提高了。
釬焊應用
MIG電弧釬焊可用來焊接低合金鋼、非合金鋼以及不銹鋼，主要用途還是焊接表面有鍍層的鋼板。它利用焊絲的低熔點及焊接時的低熱量輸入等特性，減少了工件近縫區(qū)及焊縫背面鋅的揮發(fā)，并且MIG釬焊同MAG焊一樣，可以進行各種類型接頭及全位置焊接，即使在立向下、立向上和仰焊的情況下也能獲得令人滿意的效果，焊接速度同樣可以達到MAG焊的水平（100cm/min）。
當今，MIG電弧釬焊在汽車及支承結(jié)構(gòu)中已大量實踐應用，這是因為用MAG焊焊出的是凸焊縫，這降低了焊縫的抗拉強度，另一方面，用傳統(tǒng)的釬焊會使板材產(chǎn)生明顯的變形，而MIG電弧釬焊克服了以上兩種方法的缺點，焊接時工件輸入量低，焊縫又是凹型的。

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