薄鍍層板材的電弧釺焊

tags:    時間:2014-03-11 14:00:32
薄鍍層板材的電弧釺焊簡介
    大量的鍍鋅薄板材用於汽車製造,而鍍鋅板材的焊接一直是一個困擾著工程技術人員的難題,現在,這些問題已成為過去,一種創新技術--MIG電弧釺焊在實際應用中已……
薄鍍層板材的電弧釺焊正文
    

大量的鍍鋅薄板材用於汽車製造,而鍍鋅板材的焊接一直是一個困擾著工程技術人員的難題,現在,這些問題已成為過去,一種創新技術--MIG電弧釺焊在實際應用中已取得了巨大的成功,被越來越多的汽車製造業企業用在重要部件的焊裝工藝中。

近年來帶鍍層的板材(如鍍鋅板)在工業中應用增多,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人員的難題,因為鋅的熔點約為420℃,揮發溫度為908℃,普通熔焊的高溫電弧(約3000℃~4000℃)必然會使其大量蒸發,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。現在,這些問題已成為過去,這得感謝FRONIUS公司研製的創新技術--MIG電弧釺焊。

MIG電弧釺焊從某種意義上說也屬於熔化極氣體保護焊(MAG),它採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電弧釺焊在工業實際應用中已取得巨大的成功,許多汽車製造業企業都越來越多地應用銅基焊絲焊接生產重要部件。近來,MIG釺焊還用來焊接非鍍層板(如合金鋼、非合金鋼、不鏽鋼、銅),同樣獲得了良好的效果。

鍍鋅板材的MIG釺焊

隨著現代工業的發展,應用抗腐蝕鍍層板材的領域越來越廣,大量鍍鋅薄板材用於汽車製造(圖1)、冷藏箱、建築等領域。

受熔點和揮發溫度的影響,鍍鋅板材的焊接過程中,鋅的揮發和氧化會導致氣孔、未熔合及裂紋甚至影響電弧穩定性,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釺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。由於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釺焊頭。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,這樣電弧的穩定性更好。

用MIG電弧釺焊有以下優點:焊縫無腐蝕、飛濺很少、鍍鋅層燒損少、焊縫易機械加工、近縫區可受到陰極保護等。

填充金屬

下列銅合金可作為電弧釺焊鍍鋅板材的焊絲: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於硅的含量,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,很多銅合金也可作釺焊焊絲,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?以上)在焊接時會產生大量鋅蒸汽從而影響焊接的穩定性,因此最好採用短弧的短路過渡或噴射過渡,短弧長可使電弧更加穩定。基於以上原因,對焊接電源及其控制特性就有很嚴格的要求。

脈衝電弧

在富氬保護氣環境焊接時,通過選擇合適的基值和峰值電流參數可以控制短路過渡,選擇到最佳的參數時,恰好每個脈衝使一粒金屬熔滴從焊絲上脫離。Fronius公司研究人員還發現,對於不同的填充金屬和保護氣體必須有不同的脈衝波形。

為了盡量減少鍍鋅的揮發,必須採用低能量的MIG電弧釺焊,這就要求電源在低功率下能提供特別穩定的電弧。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定的短弧。

當焊絲干伸長(導電嘴與電弧之間的焊絲長度)發生變化,而實際工作環境要求其不產生飛濺時,就要求確保控制金屬過渡形式為「每個脈衝產生一個熔滴」。

總之,低的熱輸入量可減少鋅的揮發,從而降低氣孔率,提高接頭強度,也有利於焊縫的機械加工(如打磨)。

協同操作

要獲得好的焊縫,還要求焊接電源提供靈活的參數選擇,眾多型號的焊絲在脈衝焊時有很好的過渡形式也要求有大量連續可調的參數(約30個參數),然而這麼多的參數調節使得電源操作起來非常麻煩,只有少數專家才能使用,因此,應該將各種焊絲及其對應的保護氣所需的焊接參數預先程序化,這樣就可以協同操作,使焊機對每個焊工來說都很容易使用。實際上,對於各種不同的母材,焊絲及保護氣體所需的最佳參數的選擇工作,Fronius公司在設備製造時就已經為用戶做好了,這些經驗參數都貯存在EPROM存貯模塊中,並形成了一個資料庫,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

釺焊絲很軟,這就對送絲系統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四輪送絲機採用光滑的U型槽送絲輪和柔軟耐磨的石墨纖維送絲軟管,可實現穩定的送絲。

焊槍傾角

焊槍「前推」(前進方向與傾角相反)進行薄板釺焊,基值電流時的電弧會使前方的鍍鋅預熱到揮發溫度,熔滴過渡帶來的熱量會使少量鍍鋅層揮發,進入熔池的鋅蒸汽在凝固過程中又繼續排出,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於電弧的穩定性的影響大於「前推」施焊。

提高安全性

傳統的MAG焊(即CO2氣保焊焊)鍍鋅板產生大量的鋅蒸汽,損害操作人員的身體健康。用MIG電弧釺焊焊接,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(自由短路過渡和脈衝電弧過渡)得出的靜抗拉強度測試:測試前,試樣經過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衝過渡都含有大量氣孔,原因是有鋅的大量蒸發,而用CuSi3焊的試樣則無氣孔,這是因為釺焊溫度低,鋅揮發得少,氣孔少了,抗拉強度就提高了。

釺焊應用

MIG電弧釺焊可用來焊接低合金鋼、非合金鋼以及不鏽鋼,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,減少了工件近縫區及焊縫背面鋅的揮發,並且MIG釺焊同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電弧釺焊在汽車及支承結構中已大量實踐應用,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,用傳統的釺焊會使板材產生明顯的變形,而MIG電弧釺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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