螺柱焊中鋁制螺釘的焊接工藝

鋁釘焊接時的特征

鋁具有良好的導電性、導熱性、抗腐蝕能力，有利于變形特性以及有較大的比強度，因此在工業方面得到了廣泛的應用。

但是，鋁釘焊接時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下表列出影響純鋁與鐵焊接性能的物理特性值。

根據這些物理性能方面的區別，鋁焊接時的特征是：

(1)和氧的高親和力：在短時間內能夠在光澤鋁板平面生成高熔點的氧化層(A1203)，其熔點溫度大約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。

(2)熔點：鋁比鐵的熔點低很多。鋁加熱時，當鋁還不太紅時就已經熔化了。而鐵基材料有十分明顯的“粘稠”狀態，對純鋁來說，則局限在一個很窄的溫度段內。當鋁的焊接處看起來是固態時，轉瞬間都已變成稀熔液狀態了。因此在焊接鋁時要精確控制熱量的輸入。

(3)熱導率：鋁的熱導性比鐵的熱導性大3倍，焊接時要集中線能量。

(4)溶氫能力：鋁在固態時完全不能溶解氫。所有在焊接過程中溶入液態鋁熔池中的氣體，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 螺柱焊時要注意的問題

在螺柱焊生產中，遇到最多的是工業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。以及仔細清理和裝配工件就可獲得滿意的焊接質量。需要注意的有：

(1)在鋁螺柱焊時造成的氣孔，最普遍的是因為螺柱和母材清理不干凈，或者是清理后放置時間過長。因此，在焊接鋁及其合金時，工件必須仔細清洗。生產中采用的方法，根據不同生產情況分為兩種：

①機械清理。在焊接處用銅絲輪打光。但不要劃痕太深，否則反而易于玷污。工件個別地方機械清理不夠徹底時，可用酒精或汽油(丙酮)擦除油污。

②化學法清洗。在成批生產鋁螺柱焊工件時，用化學清洗的效果與藥品濃度、清洗溫度和清洗時間有著很重要的關系。生產實踐用的化學清洗規范見下表：

已經清洗的工件最好在24小時之內進行焊接。如果放置時間過長。就會重新生成較厚的氧化膜并吸收水分或玷污工件，仍不能保證焊接質量。

(2)焊接熔池必須非常認真地與大氣屏蔽，只能在極短的焊接時間(< 1.5 ms)情況下作業，通常電弧生成的金屬蒸汽能阻止與大氣的作用。在較長的焊接時間中，需要借助保護氣體(主要是純氬，純度99.99%)實現完善的屏蔽。由于螺柱焊的情況是錯綜復雜的，螺柱夾持器在 焊槍的保護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 焊接作業時，焊槍不斷的往上和往下反復動作以及裝螺柱作業后，通電流之前保護氣體還沒有提前供氣，這樣就會使空氣滲入焊槍的保護氣體的氣室。

(3)在鋁螺柱用氬氣作保護時，利用氬弧焊時可以自動地清除氧化膜的現象(因為氬弧焊時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，把工件接負極(即直流反接)。那么，由于正離子沖擊工件表面的結果，就可以把氧化膜清除。這種現象一般稱為“陰極破碎”或“陰極凈化”。所以在鋁螺柱焊時采用反接極性。

(4)鋁螺柱焊時稀薄的熔池具有微小的焊釉粘度。鋁螺柱浸入工件時擠向熔池外表面，這樣很容易向工件單側傾斜，所以在操作時要予以注意。

(5)鋁 螺柱焊接時并不是很容易得到無氣孔和少氣孔的優秀焊接效果。雖然使用陶瓷環能夠保持熔池反應尺寸，但是，要是使用了受潮的陶瓷環，當電弧與受潮的陶瓷環一起作用時，附加的氫氣會全部溶解在焊錠中。

因此，對于用陶瓷環拉弧鋁螺柱焊時，陶瓷環一定要干燥，否則陶瓷環應加熱干燥處理(升溫至900℃保溫1小時以上)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了熔池。然而對于M10及以上規格較大的鋁螺柱時，使用儲能式鋁螺柱是不穩定的。

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時的斷裂，通常在螺柱，而不是在焊接區。就焊接工業純鋁螺柱來說，焊接區只能加載低微的強度。而焊接防銹鋁螺柱，在大多數情況下效果較好，螺柱斷裂前可承受較大的可塑變形。

純鋁螺柱相對來說質地較軟。因此當焊接時尖端引燃沖擊在工件上時可能會發生變形，從而對進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。