铝及铝合金MIG焊接工艺

：2020-07-24 ：

铝及铝合金MIG焊接工艺

铝及铝合金具有良好的耐蚀性,较高的比强度, 易加工成形和无磁性、无低温转变、导电性及导热性好等优点,在航空、航天、汽车、机车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域。

铝比钢的比热大两倍，导热性能约大三倍，即升高同样的温度需要的热量较多，而散失热量较快。铝工件表面极易氧化，生成难熔的AL2O3薄膜，在焊缝中容易产生夹杂物和气孔等缺陷，从而破坏金属的连续性和均匀性，降低机械性能和耐蚀性。

以往通用的铝及铝合金焊接方法是交流钨极氩弧焊（AC-TIG），其焊缝成形好，焊接质量高。但是焊接效率低，无法实现自动化焊接。用脉冲熔化极氩弧焊（MIGP）替代TIG焊接铝及铝合金，实现了半自动化和自动化焊接，效率提高3倍以上，且焊缝熔深大，强度高；但是外观成形不如TIG美观。

2. 脉冲熔化极氩弧焊（MIGP）的工艺特点：

脉冲电流熔化极气体保护焊是在一定平均电流下，焊接电源输出的电流以一定的频率和幅值变化来控制熔滴有节奏的过渡到熔池；基值电流维持电弧的稳定燃烧，并预热母材和焊丝；稳定地实现一个脉冲过渡一个熔滴的理想状态，达到射流（或射滴）过渡（见图一）。

图一 脉冲MIG焊的波形图及熔滴过渡示意图

图二中频脉冲焊接1.0mm博铝板的焊缝成形

平均电流值比临界电流值低，热输入量小；焊接电流的调节范围宽，调节平均焊接电流即调节送丝速度，既可用于薄板δ≥1.0mm焊接（见图二），又可用于厚板的焊接，特别是采用较粗焊丝焊接薄板，送丝速度仍很稳定，可有效地控制热输入量。

由于电源输出特性为直流反接，阴极雾化能力强，有效地清除AL2O3薄膜。脉冲电弧同时具有较强的熔池搅拌作用，可以改变熔池冶金性能，有利于消除气孔，未熔合等焊接缺陷。

3. 脉冲熔化极氩弧焊（MIGP）的两种电弧模式:

3.1中频脉冲模式，此为常用的焊接铝及铝合金的脉冲电弧模式（单脉冲）

一般选择硬性脉冲电弧，脉冲频率高，电弧的集中性强，焊接波形强化控制。焊接铝及铝合金时清除氧化膜作用好，熔深大，适合于高速自动焊及机器人焊接。

铝及铝合金的焊接规范应该调解在亚射流过渡（即电弧电压较低）状态，熔滴在射流过渡时伴随微量的短路过渡形式，焊丝熔化喷射指向好，焊缝成形美观，不烧损导电嘴，电弧燃烧稳定。

3.2低频脉冲模式（即双脉冲模式）

图三 低频脉冲（双脉冲）焊缝外观图

全数字脉冲MIG焊机双脉冲有两种形式存在,一是电源上 "双脉冲"，即脉冲上叠加脉冲，第二种体现在送丝上为脉动送丝，可观察到送丝轮的转速是快慢均匀变化的，对于操作者，不用摆枪也能焊出美观的"鱼鳞纹"，达到TIG焊缝的美观效果，见图四。根据焊缝外观质量的要求，可调节低脉冲的等级、低脉冲的频率和低脉冲的比率。只是它与TIG焊在焊缝外观上稍有区别,MIG焊铝焊缝两边及焊道没有TIG亮(更有金属光泽)

4. MIG焊铝常见焊接缺陷的产生原因及防止措施。

4.1 铝及铝合金的熔点低（纯铝 660℃），表面生成高熔点氧化膜（ AL2O3： 2050℃），容易造成焊接未熔合。铝的导热性是钢的3倍，焊缝熔池的温度场变化大，控制焊缝成型的难度较大。

4.2 铝合金是典型的二元或多元共晶合金，焊接加热和冷却过程很迅速，合金来不及建立平衡状态，固相和液相之间的扩散来不及进行，先结晶的为高熔点组元，后结晶的为低熔点组元被排挤到焊缝中心，在焊接应力作用下发生开裂，形成焊缝中心结晶裂纹。

通过选择优质铝合金焊丝能够避免结晶裂纹的发生。

4.3 母材、焊材氧化膜吸附水分，焊缝容易产生气孔。铝是活性元素，本身能脱氧，不象钢焊接过程中会形成CO或CO2气孔，所以主要是氢气孔。

氢气孔的来源：1）保护气体中的水分；2）焊材和母材表面吸附的水分； 3）工件坡口处的氧化膜、油污等； 4）母材加工过程中的污染物。5）环境温度和湿度等。

MIG焊时，焊丝以细小熔滴形式向熔池过渡， 弧柱温度高，熔滴比表面积大，熔滴易于吸氢；另外，MIG焊熔池深度大于TIG焊，不利于氢气泡的逸出。

铝的导热系数很大，在相同的工艺条件下，铝熔合区的冷却速度是高强钢的4~7倍，不利于气泡的逸出。

4.4 通过降低焊速和提高焊接线能量来增大溶池存在时间，有利于减少焊缝中的气孔。

采用高纯Ar或采用Ar+He保护气体，改变（即提高）热容量，改变溶池形状，使尖"V"型变为圆底型，延长熔池停留时间，有利于气孔逸出。

5. 铝及铝合金MIG焊接事例：

5.1 铝合金船体的MIG焊接（母材：5083；焊丝：5183）

5.2 铝合金机车的MIG焊接（母材：6005，7005；焊丝：5356）

5.3 石化乙烯的聚丙烯料仓（LF2 S331）

5.4 铝及铝合金罐车的MIG焊接（母材：L2/LF5 焊丝：S301/S331）等等