提高鋁制品焊接性能

寂靜天花板

批評鋁制品焊接質(zhì)量的人似乎從來不難找到抨擊對象。他們可以毫不費力地盯上拖車,、卡車工具箱,、房車,、半掛車、應(yīng)急車輛,、浮筒和漁船等,。在這類鋁材應(yīng)用中，焊縫直接面對外部環(huán)境,，迎接對其性能的檢驗,，抵抗?jié)B透和外觀侵蝕。傾向于從管理方面入手的批評人士也會對穩(wěn)定的高品質(zhì)焊接成本,，以及勞動力培訓(xùn)等問題產(chǎn)生疑惑,。
& M/ ]( X8 y% m9 f# s除了使用GTAW（鎢極氣體保護(hù)電弧焊）工藝所規(guī)定的流程和規(guī)范，許多厚達(dá)3 ⁄8 英寸的鋁制組件可以受益于一種稱為改進(jìn)型或高級脈沖噴射過渡的焊接工藝,。有數(shù)家供應(yīng)商提供基于GMAW（氣體保護(hù)金屬電弧焊）工藝這種高級脈沖噴射技術(shù),。盡管每個系統(tǒng)所依托的技術(shù)并不相同，最終的結(jié)果卻非常相似： 能夠獲得類似于GTAW 的均勻的焊縫外觀,，無焊槍操作痕跡,； 操作人員無需掌握高深的工藝知識即可使用先進(jìn)的系統(tǒng)；以及改變焊縫層間距離的能力,，焊工稱之為“疊硬幣”,。
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這些好處直接解決鋁制品加工者所面臨的三大挑戰(zhàn)：獲得出色的焊縫外觀；使不同操作者甚至同一操作者不同班次間的產(chǎn)品質(zhì)量保持一致,；并減少對操作者的技能要求,。
請注意，改進(jìn)型脈沖噴射過渡工藝不同于標(biāo)準(zhǔn)的脈沖GMAW,。在傳統(tǒng)脈沖工藝中,，電源產(chǎn)生的單一波形包含4 個變量：

+ r# h& s) p: s$ F! m; F6 d1. 峰值電流，促進(jìn)焊縫金屬沿整個電弧過渡,；
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2. 在峰值電流（脈沖寬度）中,，控制平均電流、熔滴大小以及熔敷速率,；
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/ k4 s2 X' z/ U3. 基值電流（通常按峰值電流的一定百分比設(shè)置）,，足以維持電弧，但不足以支持焊縫金屬過渡,，這就使熔池有機(jī)會冷卻,。基值電流還會影響滲透流動性,；
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4. 每秒脈沖數(shù),，會影響焊絲熔化速率、送絲速度以及弧長,。
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改進(jìn)型脈沖噴射工藝以一個傳統(tǒng)的脈沖波形開始,，再結(jié)合第二個波形甚至是另一個過程以實現(xiàn)特定目標(biāo)。
6 Z  f) Y& R. T7 Z; Y2 o  b% m對用于鋁制品的噴射電弧GMAW,，操作者們知道采用挑弧焊手法可以產(chǎn)生類似GTAW 的焊縫,，從而提高脈沖GMAW 焊縫的美觀度。不幸的是,，這會引發(fā)潛在的質(zhì)量問題,，其原因是可能很快會出現(xiàn)熔融不良。挑弧焊還會增加應(yīng)力升高的可能性,， 導(dǎo)致焊縫疲勞集中并可能引發(fā)開裂,。
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相反，改進(jìn)型脈沖噴射工藝會自然而然地形成疊硬幣式焊縫外觀,，這是由于當(dāng)系統(tǒng)在不同過渡模式之間切換時,，焊接金屬熔敷率持續(xù)變化。這一工藝不受焊槍操作的影響,，可提高整條焊縫滲透的一致性,，并使與應(yīng)力升高相關(guān)的問題最小化。而且,， 這一工藝使加工者能夠獲得優(yōu)質(zhì)焊縫外觀,，無論是采用固定式還是靈活的自動化系統(tǒng)，尤其便于圓周焊接,，例如浮筒或拖車上的長接縫,。
8 m  Y7 x4 b) R1 P+ b焊接電源的控制過于復(fù)雜，可能會使焊工,、監(jiān)督員和培訓(xùn)經(jīng)理感到厭惡,、擔(dān)憂和沮喪。有時,，甚至?xí)��?yán)重到影響一個公司從其所購買的技術(shù)中受益,。早期的脈沖GMAW 機(jī)器往往就是屬于這一類。除了針對最常見填充金屬的千篇一律的程序,，用戶還必須針對特定應(yīng)用,，結(jié)合編程和焊接專業(yè)知識來調(diào)整波形變量。

最新一代脈沖GMAW 機(jī)器提供了更加友好的控制方式,，以及具有更大靈活度的工廠脈沖設(shè)置程序,，通常被稱為“協(xié)同方式”。脈沖GMAW 機(jī)器可能包含適用于以下鋁填充焊絲牌號的協(xié)同方式：5356,、5183,、5556,、5554、4043,、4047 以及1100,。人機(jī)交互界面提示用戶選擇并輸入流程變量，如保護(hù)氣體和焊絲類型和直徑,，然后選擇所需的焊接過程,。 一旦進(jìn)入，焊機(jī)（電源和送絲裝置）自動確定過程變量,，并提供優(yōu)化電弧性能,，而無需掌握高深的工藝知識。
5 C6 W( D9 P& o' i8 D" W- L操作者只需相應(yīng)調(diào)整送絲速度,，即可增減移動速度,。電源可自動調(diào)整其它所有工藝變量，以保持最佳電弧條件,。這種被稱為“協(xié)同控制”的控制,， 被廣泛應(yīng)用于當(dāng)今的大量先進(jìn)供電應(yīng)用中。
2 |% ^) C6 }% n" B使用協(xié)同控制時,， 電壓控制旋鈕提供通常被稱為“修剪”的控制功能,。要理解它是如何工作的，不妨想象一下源自焊絲頂端的弧錐,。上行電壓/ 修剪,，是移動弧錐的起點使之接近接觸點，從而使弧錐覆蓋更廣的范圍,。添加修剪可創(chuàng)建更大,、更熱的熔池使熔融的焊接金屬更好地流入焊縫。下行修剪,，是移動弧錐的起點使之接近焊接點,，從而產(chǎn)生較窄的焊縫。請注意,，進(jìn)行修剪調(diào)整時,，應(yīng)充分考慮所需的填充金屬用量， 必須足以保證焊縫寬度和厚度,。
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協(xié)同方式和協(xié)同控制可以滿足大部分鋁制品加工者的需求,。對于特殊應(yīng)用，通過熱輸入調(diào)整,、定制焊縫尺寸和脈沖波紋間的距離,，用戶可以選擇不同的過渡方式并調(diào)整每種方式的持續(xù)時間。他們也可以通過閃存驅(qū)動器將程序轉(zhuǎn)移到車間中的其它機(jī)器上。另一個好處是,，有些機(jī)器可以顯示兩種波形的實際參數(shù),， 這有助于建立和記錄焊接工藝規(guī)范。
與任何資本支出一樣,，采購脈沖GMAW 電源時,，應(yīng)基于每個公司更廣闊的運行背景加以審視。很多公司購買脈沖GMAW 裝置,，一般是為了應(yīng)對以下一個或多個目標(biāo)：
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◆憑借穩(wěn)定的焊接質(zhì)量和外觀，增強(qiáng)競爭力,；

/ k4 Z# u) Y/ g* v# c◆解決勞動力問題,；

◆提高生產(chǎn)力（更快的焊接速度、更高的合格率,、減少廢品）,；
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◆流程自動化；

◆降低運營成本（降低電費,、獲得返利,、削減填充金屬成本）。

盡管有些目標(biāo)不易看得見,、摸得著,，減少填充金屬成本的能力則是相對易于計算清楚的。憑借脈沖以及改進(jìn)型脈沖噴射工藝所提供的控制熱輸入的能力,，加工者通�,？梢允褂幂^大直徑的焊絲。因為較大直徑焊絲的單位重量成本較低,，加工者可以節(jié)省2 - 25% 的成本,，視合金和包裝而不同。
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2 Q5 ^% F0 q; p$ k3 L4 M此外,，較大直徑的焊絲適用于更大范圍的材料厚度,。例如，0.047 英寸直徑5356 型焊絲適用于0.040 - 3 ⁄8 英寸厚度的材料,；而0.062 英寸直徑5356 型焊絲則只適用于0.125 - 5 ⁄8 英寸厚度的材料,。
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. k3 ~& c6 d# J$ z1 a測試
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7 \/ b. i+ B) g9 |9 T! b$ I展示了改進(jìn)型脈沖噴射焊接工藝的靈活性，測試采用0.062 英寸直徑5356 型焊絲,。使用1 ⁄8 英寸厚6061 型鋁質(zhì)測試樣片進(jìn)行熔敷角焊,。
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$ H' t, y9 {3 V) r' ]6 c7 i短弧/ 噴射工藝的測試結(jié)果（見圖表第二列）可能有所低估， 這是因為這一工藝對于0.062 英寸焊絲而言能量不足,。焊縫看起來溫度不夠且起伏不平,。
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) E) u. s' B% K+ P& w$ o為達(dá)到正常的噴射弧過渡，送絲速度要提高到300 英寸/ 分鐘。然而,，既想獲得類似于脈沖模式樣本的焊縫大小,，而又不會焊穿工件，移動速度應(yīng)接近72 英寸/ 分鐘,，這對于生產(chǎn)環(huán)境中的焊機(jī)幾乎是不可能的,。如果將移動速度減慢至易于做到的36 英寸/ 分鐘，燒穿的風(fēng)險就很高,，再加上工件材料會變得過熱,， 焊接就會變得難以控制，焊縫外觀也會很差,。
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. @& p! t5 b* C% ?相反,，脈沖和改進(jìn)型脈沖噴射工藝則不存在這些問題。通過控制移動速度和熱輸入,，可防止燒穿,。

; \! l0 ?7 K& W1 r. H, I對于想要減少填充焊絲的庫存及轉(zhuǎn)換時間、并統(tǒng)一采用單一的較大直徑焊絲的加工者,，脈沖和改進(jìn)型噴射弧工藝可以帶來顯著的節(jié)省,。