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　　一、鋁合金的焊接特點(diǎn)

　　鋁合金是應(yīng)用最廣泛的有色金屬材料，具有優(yōu)異的物理特性和力學(xué)性能。

　　焊接生產(chǎn)常用到的鋁合金主要是型材和板材，鋁合金的強(qiáng)化方式有變形強(qiáng)化和熱處理強(qiáng)化或者兩種強(qiáng)化方式兼有，強(qiáng)化后的各種鋁合金材料大都適用于焊接工藝。與鋼鐵材料相比較，鋁合金材料具有重量輕（僅為鋼的三分之一）、熱傳導(dǎo)速度快（是鋼的五倍）、線脹系數(shù)大（是鋼的兩倍）、熱變形嚴(yán)重、表面易氧化等特點(diǎn)，鋁合金的這些物理化學(xué)特性決定了鋁合金的焊接特點(diǎn)，由于鋁及鋁合金的氧化速度極快所以我們見(jiàn)到的鋁合金都是被氧化膜覆蓋的，這種氧化膜的存在使得鋁合金內(nèi)部不再被氧化，所以鋁合金制品可以長(zhǎng)期穩(wěn)定存在并被使用。

按照合金系的成分劃分，焊接常用的鋁合金可分為純鋁、鋁硅、鋁鎂三個(gè)系列，這三個(gè)系列的鋁合金產(chǎn)量和應(yīng)用量很大，母材和焊絲的生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定、規(guī)格齊全，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)焊接標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)基本吻合，焊接工藝相對(duì)成熟，國(guó)際通用的焊接設(shè)備和器材內(nèi)置的焊接專家系統(tǒng)能夠覆蓋，可占到鋁合金全部用量的80%以上。三大系列之外還有鋁錳、鋁銅、鋁鋅鎂銅、鋁鋰等眾多系列的鋁合金材料，在軍工、航天等許多特殊行業(yè)有所應(yīng)用，與三大系列相比這些鋁合金系列的使用量較小。

工業(yè)純鋁，即AWS標(biāo)準(zhǔn)和GB/T3190-1996標(biāo)準(zhǔn)的1XXX系列。世界上并沒(méi)有純鋁，當(dāng)鋁合金材料中的合金成分低于某一界限時(shí)，即被稱為純鋁。工業(yè)純鋁主要被用于電工材料或日用品，輸變電行業(yè)、電解鋁行業(yè)均大量使用工業(yè)純鋁。工業(yè)純鋁的強(qiáng)度較低，到延展性、導(dǎo)電性、耐腐蝕性良好。1050、1070等純鋁的焊接性很好，焊接接頭光亮美觀、強(qiáng)度可達(dá)母材的90%以上。

鋁硅系列的鋁合金，即AWS標(biāo)準(zhǔn)的4XXX和6XXX系列；GB/T3190-1996標(biāo)準(zhǔn)的4XXX和6XXX系列，鋁硅合金中經(jīng)常會(huì)加入一定含量的鎂，用來(lái)細(xì)化晶粒、提高強(qiáng)度，所以也可將含鎂的一類分稱為鋁硅鎂系，但從焊接角度，4系與6系的工藝特點(diǎn)相近，可以使用相同的焊接材料、可以使用相同的設(shè)備內(nèi)置數(shù)字化焊接專家系統(tǒng)。常用的有4043、4047、6061等牌號(hào)，這類鋁合金的可焊性良好，液態(tài)金屬的流動(dòng)性好，焊縫成形美觀。鋁制品、民用車輛、容器等大量使用這類鋁合金焊接產(chǎn)品。

　　鋁鎂系列鋁合金，也即AWS標(biāo)準(zhǔn)和GB/T3190-1996標(biāo)準(zhǔn)的5XXX系列，也被稱為防銹鋁。

　　鋁鎂合金的綜合性能優(yōu)良，也是鋁合金材料中產(chǎn)量和使用量最大的種類。其強(qiáng)度、延展性、耐腐蝕性良好，可焊性良好。5系列鋁合金中鎂的含量和作用至關(guān)重要，鎂焊量較低的牌號(hào)與鎂含量較高的牌號(hào)的焊接特點(diǎn)有很大差別，實(shí)際焊接時(shí)應(yīng)該引起注意。鋁鎂合金是許多重要工業(yè)結(jié)構(gòu)件、承力箱體、建筑桁架、軍用民用車輛使用的主要鋁合金材料，常用到的有例如5056,、5556、5083等牌號(hào)。鋁鎂合金的焊接工藝相對(duì)成熟，焊接材料種類齊全，世界各國(guó)生產(chǎn)的數(shù)字化焊接設(shè)備中都預(yù)置有鋁鎂合金的焊接專家系統(tǒng)。

鋁鎂合金的液態(tài)金屬的流動(dòng)性較好，焊縫成形容易控制，但焊縫外觀成形美觀程度不如鋁硅系列。含鎂量較高的焊材如ER5356、ER5183等在焊接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生鎂元素的燒損，燒損產(chǎn)物呈黑色的灰狀物粘附在焊縫熔合線兩側(cè)，稱為焊縫的“發(fā)黑”現(xiàn)象。這種發(fā)黑的程度與焊接材料的成分、潔凈程度、保護(hù)氣體的純度、干燥度等有關(guān)，正常焊接條件下很難避免，但這種發(fā)黑現(xiàn)象一般不會(huì)影響到焊接質(zhì)量，發(fā)黑部分焊后可以用刷子輕輕刷掉。但發(fā)黑特別嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致焊縫合金元素過(guò)度燒損，影響焊接質(zhì)量，必須注意。

不論是哪一種鋁合金，其表面覆蓋到Al2O3焊接時(shí)都是必須去除掉的，使用MIG方法焊接鋁合金時(shí)均采用直流反接，焊絲為正極、工件為負(fù)極，在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的陰極清理作用能夠可靠的去除焊接表面的氧化膜。雖然MIG焊方法具有自然去除氧化膜的特點(diǎn)，但對(duì)于軋制板材或者型材表面過(guò)厚的工藝氧化膜，由于焊接時(shí)電弧走過(guò)的時(shí)間很短，所以僅靠陰極霧化作用難以清除，必須在焊前采用其它方法清除。

　　鋁合金材料的焊接缺陷主要有氣孔、焊接裂紋、焊縫夾渣、熔透不好或焊穿。

　　1）焊接氣孔：鋁合金焊縫中的氣孔主要來(lái)自焊接材料或焊接環(huán)境的水或氧化物、有機(jī)物的高溫熔解產(chǎn)物。

　　鋁合金母材或焊材、保護(hù)氣體等均不含碳，因此鋁合金焊縫中不會(huì)含有一氧化碳?xì)饪住?/p>

鋁合金母材或焊材、保護(hù)氣體等物質(zhì)焊接高溫狀態(tài)下產(chǎn)生氧的幾率是很大的。但金屬鋁與氧的親和力較高很快就會(huì)形成氧化鋁而不容易以氣孔形式存留至常溫狀態(tài)，所以產(chǎn)生氧氣孔的傾向并不大。

　　而鋁合金母材或焊材、保護(hù)氣體等容易含有水分、焊材表面的油、銹等污染物不易清理干凈，這些含水或碳?xì)浠锏奈镔|(zhì)在焊接高溫狀態(tài)下會(huì)分解出大量的氫，液態(tài)鋁中氫的溶解度較大，而固態(tài)鋁金屬中幾乎不溶解氫；因此液態(tài)焊縫中溶解的大量的氫隨著焊縫溫度的降低會(huì)以氣態(tài)形式溢出，由于鋁合金散熱較快、液固相線間的溫度區(qū)間小、結(jié)晶速度快會(huì)造成大量的溶解氫以氣泡的形式殘留在鋁合金焊縫金屬中，所以鋁合金焊縫中的氣孔主要以氫氣孔為主。氫氣孔也是鋁合金焊接工藝中最常見(jiàn)的一種焊接缺陷，按照其數(shù)量、大小、分布程度不同危害性也有所不同。

對(duì)于直徑較小、較分散、主要分布在焊縫表面較少量的氣孔，由于其對(duì)焊縫的強(qiáng)度、韌性指標(biāo)影響不大，所以大部分產(chǎn)品的焊接標(biāo)準(zhǔn)是允許少量的氣孔存在的。對(duì)于表面存在數(shù)量較多的大直徑氣孔或氣孔較多且分布在焊縫中間以及大面積蜂窩狀氣孔富集的焊縫，由于它們會(huì)造成焊縫的強(qiáng)度、韌性、致密程度的嚴(yán)重下降、甚至發(fā)生斷裂，所以任何焊接產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中都是嚴(yán)格禁止其存在的。

由于母材或焊材以及保護(hù)氣體中的水分、碳?xì)浠衔锸菬o(wú)法完全清除的，所以鋁合金焊接過(guò)程中氫的產(chǎn)生是無(wú)法避免的。我們能做到的是如何減少焊接過(guò)程中氫的產(chǎn)生以及如何使產(chǎn)生的氫在焊縫中不殘留或少殘留。首先，嚴(yán)格保證鋁合金母材、焊材的潔凈度和干燥度，焊前認(rèn)真清理焊縫范圍的氧化物、碳?xì)浠?，清理完畢后盡快焊接；沒(méi)用完的焊絲應(yīng)密封干燥環(huán)境保存，下次使用需前再次烘干。嚴(yán)格控制保護(hù)氣體的成分和水份含量，氬氣中的水份含量是鋁合金焊接氣孔的主要來(lái)源之一，為減少保護(hù)氣體中的水份含量應(yīng)使用99.99%或以上純度的氬氣，如可能也可在供氣回路中增加氣體干燥環(huán)節(jié)。為了降低鋁合金焊縫中的氣孔傾向，環(huán)境濕度也是一個(gè)應(yīng)該考慮的因素。在南方地區(qū)的雨季，空氣濕度可達(dá)90%以上，這種氣候下應(yīng)該停止開(kāi)放環(huán)境中鋁合金的焊接，或只能在安裝有空氣濕度控制裝置的室內(nèi)環(huán)境焊接鋁合金。

采取合理的焊接工藝也可以減少并抑制鋁合金焊縫中氣孔的產(chǎn)生。我們知道，TIG方法焊接鋁合金時(shí)，其他外部條件相同時(shí)，氣孔產(chǎn)生的程度要遠(yuǎn)低于MIG焊接方法，原因就在與TIG焊接時(shí)由于熔池移動(dòng)速度慢，液態(tài)焊縫的存在時(shí)間長(zhǎng)、焊縫凝固較慢、溶解氫的溢出有足夠的時(shí)間，所以焊縫中殘留的氣孔很少。同樣道理，在MIG焊接時(shí)采用合理的焊接方法，適當(dāng)控制熱輸入，保持適當(dāng)?shù)娜鄢卮嬖跁r(shí)間，使焊縫的凝固速度降低或者在多層焊時(shí)適當(dāng)使前層焊道重熔，都可以促進(jìn)焊縫中氣體的溢出，減少氣孔的產(chǎn)生。

　　2）焊接裂紋：由于鋁合金材料的線脹系數(shù)大，熱脹冷縮現(xiàn)象明顯，焊縫凝固時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力，加之鋁合金材料高溫結(jié)晶狀態(tài)下金屬的強(qiáng)度較低，在焊接應(yīng)力的作用下很容易開(kāi)裂，稱為結(jié)晶裂紋或熱裂紋。鋁合金焊縫容易產(chǎn)生裂紋的區(qū)域有焊縫中心沿長(zhǎng)度方向位置、焊縫的收尾段未填滿的弧坑中心位置、焊縫引弧段、焊道底部、多層焊層間等位置。

焊接裂紋是可以通過(guò)選用合適的焊接材料或者改善焊接工藝的方法來(lái)避免的。某些液態(tài)金屬流動(dòng)性較好的焊絲抗裂紋能力較差，可以選用添加了抗裂紋傾向元素的焊接材料，例如同樣為鋁鎂合金焊絲ER5556的抗裂紋性能就好于ER6356。在制定焊接工藝時(shí)，選擇合理的坡口和接頭形式、避免采用窄而深坡口和交叉焊縫；施焊時(shí)選用合適的焊接規(guī)范，使焊縫保持合適的熔池面積和熔池存在時(shí)間，避免熱輸入過(guò)小。多層焊時(shí)保證層間熔深和母材熔化的寬度，保證合適的焊縫寬度和融合區(qū)深度。在焊縫的引弧、收弧端加厚度相當(dāng)?shù)囊“搴褪栈“?，將焊縫的引弧段和收弧段至于引弧收弧板上；焊縫的收弧段使用焊機(jī)的弧坑填充功能將弧坑填滿，可以避免收弧段裂紋。

3）MIG焊縫夾渣和渣化：鋁合金焊縫的夾渣現(xiàn)象是指焊縫熔敷金屬中夾雜有低熔點(diǎn)物質(zhì)的熔渣或未融化的高熔點(diǎn)物質(zhì)，這些雜質(zhì)殘留在焊縫中會(huì)使焊縫的強(qiáng)度、延展性、致密性下降，如果富集在焊縫中心還可能引起焊縫開(kāi)裂。焊縫夾渣的原因主要是母材或焊材污染物熔入焊縫造成的，焊前對(duì)工件的嚴(yán)格清理，保證焊接材料的潔凈度可以避免焊縫夾渣。

焊縫的渣化是鋁合金MIG自動(dòng)焊工藝常見(jiàn)的焊接缺陷，表現(xiàn)為焊縫成性極差或者無(wú)法成型，引起焊縫渣化的原因有兩種，一種是焊縫失去保護(hù)氣體或者保護(hù)氣體成分不純，當(dāng)環(huán)境風(fēng)或其他原因引起保護(hù)氣體缺失時(shí)，空氣進(jìn)入焊縫引起熔敷金屬高溫下強(qiáng)烈氧化、翻騰冷卻后成為氧化物渣化焊縫。另一種引起焊縫渣化的原因是焊接規(guī)范調(diào)節(jié)不當(dāng)，當(dāng)使用普通直流恒壓電源焊接鋁合金時(shí)，當(dāng)焊接電流較大、焊接電壓較低時(shí)，焊絲端部會(huì)扎入熔池底部，焊縫表面失去陰極斑點(diǎn)、和陰極破碎作用；來(lái)自底部的強(qiáng)烈的電弧力把熔化的液態(tài)金屬吹向熔池周邊，引起熔池金屬的濺射和震蕩，這種震蕩的熔池凝固后形成不規(guī)則、表面褶皺不均勻的黑色渣化焊縫；這種熔池震蕩大都會(huì)伴隨著氣保護(hù)狀態(tài)的不穩(wěn)定，空氣的進(jìn)入使熔池震蕩加劇，使焊縫成型的渣化現(xiàn)象更加嚴(yán)重。使用合適的焊接方法和合適的焊接規(guī)范可以避免焊縫的渣化現(xiàn)象，普通直流恒壓電源焊接鋁合金時(shí)找到合適的焊接規(guī)范并不容易，必須多做實(shí)驗(yàn)，找到合適的焊接規(guī)范后再進(jìn)行焊接。使用數(shù)字化脈沖焊接電源時(shí)，只要正確選擇焊接條件，焊機(jī)會(huì)自動(dòng)調(diào)用專家系統(tǒng)保證焊接參數(shù)的正確，也可避免產(chǎn)生焊縫渣化。

　　4）熔透不好或焊穿：這一類鋁合金焊接的工藝缺陷發(fā)生的主要原因焊接工藝安排的不合理。

　　一般是使用設(shè)備不當(dāng)或者坡口制備不合適引起的。焊接規(guī)范太小、鈍邊過(guò)厚、工件溫度過(guò)低、工件過(guò)臟等都會(huì)引起熔透不好。反之，則會(huì)產(chǎn)生燒穿現(xiàn)象。

與碳鋼相比，鋁合金材料的焊接對(duì)焊接設(shè)備和工藝設(shè)計(jì)是有許多不同要求的，目前我國(guó)各行業(yè)鋁合金材料的應(yīng)用發(fā)展很快，但同時(shí)專業(yè)焊接技術(shù)人員嚴(yán)重不足，許多從事焊接生產(chǎn)的企業(yè)并沒(méi)有專業(yè)的焊接工藝技術(shù)人員，焊接工件的設(shè)計(jì)并沒(méi)有考慮焊接工藝的特點(diǎn)和需要。甚至認(rèn)為焊接本身就是件粗活，不需要太高的精度，拿過(guò)去焊接一般碳鋼的要求來(lái)焊接鋁合金。對(duì)于接頭形式、焊接位置、坡口形式、鈍邊厚度、對(duì)口間隙等焊接相關(guān)因素在設(shè)計(jì)上考慮不周，加工工藝手段簡(jiǎn)單、粗糙。大量企業(yè)直接使用過(guò)去焊接碳鋼類材料的直流恒壓特性的焊機(jī)來(lái)進(jìn)行鋁合金MIG焊接，由于這類焊接設(shè)備不具有脈沖MIG功能，沒(méi)有專用的鋁合金焊接專家系統(tǒng)，適應(yīng)鋁合金焊接的電流電壓范圍很窄，所以對(duì)于沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的操來(lái)說(shuō)，其焊接規(guī)范的調(diào)節(jié)十分困難，即使勉強(qiáng)可以使用，也會(huì)產(chǎn)生很多焊接缺陷。

在有經(jīng)驗(yàn)的焊接工藝技術(shù)人員的指導(dǎo)下，針對(duì)鋁合金焊接的特點(diǎn)，合理進(jìn)行工件的焊接工藝規(guī)劃和設(shè)計(jì)、選用適合的焊接方法、材料和設(shè)備，做好焊接前期工作。只要工件的焊接位置合理，坡口形狀、間隙合適，選定正確的焊接規(guī)范參數(shù)，鋁合金的焊接并不困難。

　　二、Tandem雙絲高效GMAW焊接系統(tǒng)

　　從弧焊方法上看，鋁合金材料的工業(yè)化焊接應(yīng)用經(jīng)歷了手工焊、交流TIG/PAW、直流GMAW、

　　脈沖GMAW等多種焊接工藝的演進(jìn)，這種演進(jìn)雖不是替代性的，但從焊接效率來(lái)講是逐步提高的。而Tandem雙絲高效GMAW方法是在脈沖GMAW基礎(chǔ)上的發(fā)展的最新技術(shù)。

　　與其它焊接方法相比，Tandem雙絲高效GMAW焊接方法的主要特點(diǎn)在以下兩方面：

　　1、系統(tǒng)組成不同 其他方法都是單絲焊接系統(tǒng)，Tandem雙絲高效GMAW是雙絲系統(tǒng)。

Tandem雙絲高效GMAW焊接方法的明顯特征是兩條焊絲前后串列、在同一個(gè)熔池中燃弧并過(guò)度形成焊縫。系統(tǒng)由相互通信協(xié)調(diào)的兩臺(tái)焊接電源、兩臺(tái)送絲機(jī)構(gòu)、一只雙通道焊組成。當(dāng)焊接電源采用U.I輸出模式時(shí)，由于數(shù)字化協(xié)調(diào)通信系統(tǒng)的存在，兩臺(tái)焊接電源和送絲機(jī)構(gòu)得以協(xié)調(diào)有序的控制前后焊絲的焊接參數(shù)，前后絲電流的脈沖相位差固定為180度，兩個(gè)電弧的峰值交替產(chǎn)生，熔化金屬形成穩(wěn)定而有規(guī)律的交替過(guò)渡狀態(tài)。

　　圖1為T(mén)andem雙絲高效GMAW焊接系統(tǒng)的焊和端部形態(tài)

　　圖1：Tandem雙絲焊和焊端部

由于Tandem雙絲高效GMAW焊接系統(tǒng)的焊接電流大、輸出熱量高，焊和電纜均采用水冷結(jié)構(gòu)以保障長(zhǎng)時(shí)間使用的可靠性。Tandem雙絲高效GMAW焊接系統(tǒng)主要用于自動(dòng)焊接，通常與焊接機(jī)器人組成機(jī)器人焊接工作站或者與焊機(jī)專機(jī)匹配組成焊接自動(dòng)化系統(tǒng)。圖2是Tandem雙絲高效GMAW系統(tǒng)組成的焊接機(jī)器人工作站系統(tǒng)

　　圖例：A、焊接電源和水冷器（主、輔機(jī)）；B、OMI數(shù)字接口；C、協(xié)調(diào)控制器； D、主/輔送絲機(jī)；

　　E、上位機(jī)（焊接機(jī)器人或?qū)C(jī)）； F、主/輔線纜系統(tǒng)； H、焊絲； I、焊電纜；J、Tandem焊；

　　K、焊移動(dòng)機(jī)構(gòu)（焊接機(jī)器人或?qū)C(jī)）； L、M、N、焊清潔器；

　　圖2：由Tandem雙絲高效GMAW系統(tǒng)組成的焊接機(jī)器人工作站

　　2、焊接效率不同

　　衡量焊接系統(tǒng)熱效率（工作效率）的標(biāo)準(zhǔn)是熔敷量，也既系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)熔化的填充焊絲重量。相同功率條件下，熔敷量越大效率越高。

　　圖3：Tandem雙絲高效GMAW電弧與單絲電弧散熱比較

在熔化極電弧焊焊接過(guò)程中，電能通過(guò)電弧轉(zhuǎn)化為熱能，大部分用來(lái)融化焊縫母材金屬形成熔池，小部分用來(lái)熔化焊絲形成過(guò)渡；其中大部分熱量熔化母材金屬形成熔池后都從周圍母材金屬的截面中散失了。從示意圖可以看到，在每根絲相同功率下，單絲焊每根絲的散熱截面是360度，而雙絲焊的每根絲的散熱截面不到270度，也即雙絲焊系統(tǒng)的每根絲有90度以上的界面是沒(méi)有向母材散熱的。這部分熱量就是使Tandem雙絲高效GMAW焊接方法焊縫熔深增加、熔敷量增加的那一部分熱量。稱之為熔池?zé)嵫h(huán)現(xiàn)象，是雙絲焊方法提高焊接效率的主要原因。

利用Tandem雙絲高效GMAW焊接系統(tǒng)的熔池?zé)嵫h(huán)原理，可以使用更大電流和更快的送絲速度；由于前后兩絲在同一個(gè)熔池中熔化，兩絲產(chǎn)生的熱量互相借用，即前絲的散熱用來(lái)熔化后絲；后絲的產(chǎn)熱又加快了前絲的熔化速度，相互供熱使熔敷量增加，在增大熔敷量的同時(shí)減少對(duì)母材的熱輸入，同等熔敷率下線能量更小，有利于提高焊接質(zhì)量。

　　圖4曲線是Tandem雙絲高效GMAW焊接系統(tǒng)和單絲系統(tǒng)的熔敷量對(duì)比，圖5曲線是Tandem雙絲高效GMAW焊接系統(tǒng)和單絲系統(tǒng)焊接速度的對(duì)比。

　　圖4：焊接熔敷量對(duì)比（鋼材）

　　圖5：焊接速度對(duì)比

　　三、鋁合金的Tandem雙絲高效GMAW焊接案例

與其它焊接方法相比，使用Tandem雙絲高效GMAW工藝焊接鋁合金具有一定的優(yōu)勢(shì)。由于該工藝方法具有電弧能量集中、熔敷效率高、熔深可控的特點(diǎn)，在焊接大厚度鋁合金是可以做到起始加熱速度快，熔化的總金屬量（焊縫和母材）大，焊縫的深寬比例可控，總能量輸入不變的條件下可產(chǎn)生更多熔敷金屬，焊縫不過(guò)熱條件下使液態(tài)熔池保持的時(shí)間較長(zhǎng)。這些特點(diǎn)有利于鋁合金焊接缺陷的減少和焊接效率的提高。在國(guó)內(nèi)的一些使用案例中， Tandem雙絲高效GMAW工藝焊接鋁合金具有的優(yōu)勢(shì)均得到體現(xiàn)。

　　下表是Tandem雙絲高效GMAW工藝焊接鋁鎂和鋁硅合金的焊接參數(shù)，可焊厚度2-50mm；各種板厚條件下用于自動(dòng)焊時(shí)的焊接速度300-2500mm/Min。

　　表1　鋁鎂合金Tandem雙絲高效GMAW焊接規(guī)范（保護(hù)氣Ar100%）

　　表2　鋁硅合金Tandem雙絲高效GMAW焊接規(guī)范（保護(hù)氣Ar100%）

這里介紹兩個(gè)采用Tandem雙絲高效GMAW工藝焊接大厚度鋁合金的工程實(shí)例

　　實(shí)例1是一個(gè)大型鋁合金箱體，外形尺寸（長(zhǎng)寬高）為2.2x1.4x1.4米。焊接條件為：板厚30mm，T型接頭，不對(duì)稱K型坡口、鈍邊2mm，不留間隙。材料為5056板材，全部坡口區(qū)域均機(jī)械加工，焊縫方向間隙不均勻度不大于1mm；焊絲為ER5356，直徑1.2mm；保護(hù)氣體為Ar100%，純度99.9%；室溫23攝氏度不預(yù)熱。設(shè)備采用CLOOS Tandem603Qunito系統(tǒng)，焊接時(shí)每道焊縫內(nèi)外共分3層施焊，先焊內(nèi)側(cè)小坡口，然后在外側(cè)手工電銑刀清根，不銹鋼絲輪清理打磨干凈。

　　圖6：Tandem雙絲高效GMAW鋁合金雙絲工藝焊接產(chǎn)品

焊接規(guī)范參數(shù)如下

　　表3：鋁合金焊接參數(shù)

實(shí)例2是大型車輛的側(cè)壁，板厚45mm，焊縫長(zhǎng)度大于8m，由于是主承力結(jié)構(gòu)故對(duì)焊縫要求很高，焊縫及其熱影響區(qū)的強(qiáng)度、延展性、氣孔數(shù)量均有較嚴(yán)格限制。工件材料7A75，前后絲均采用國(guó)產(chǎn)ER5A56焊絲，焊絲直徑￠1.6，設(shè)備采用CLOOS Tandem 503Qunito焊接專機(jī)，配套翻轉(zhuǎn)變位機(jī)。工件前期制備的幾何尺寸和定位精度較準(zhǔn)確，誤差小于2mm。工件的前期制作均采用冷加工，坡口形狀等采用大型機(jī)加設(shè)備來(lái)保證，工件機(jī)加后整體化學(xué)清洗、烘干，保證潔凈度；焊接時(shí)使用大型工裝和夾具保證安裝尺寸和定位精度。焊縫形狀為有咬合槽的內(nèi)角縫和外角縫，內(nèi)外角縫形成X型坡口，咬合槽厚度大于3mm可防止焊穿，是一種較特殊的是上下不連通的X型坡口。保護(hù)氣體為Ar100%，純度99.99%；室溫25攝氏度，焊前未預(yù)熱。焊接過(guò)程為先焊外角第一層-反轉(zhuǎn)-內(nèi)角第一層-反轉(zhuǎn)-清理焊道-外角第2層-反轉(zhuǎn)-清理焊道-內(nèi)角第2層。

　　表4：鋁合金焊接參數(shù)

　　圖:7：Tandem雙絲高效GMAW鋁合金雙絲工藝焊接的大厚度大型鋁合金工件

　　四、鋁合金Tandem雙絲高效GMAW焊接應(yīng)注意的問(wèn)題

Tandem雙絲高效GMAW系統(tǒng)主要適用于自動(dòng)化焊接，與其它數(shù)字一元化的MIG焊接設(shè)備比較，在使用上由一些問(wèn)題需要注意。由于Tandem雙絲高效GMAW焊接系統(tǒng)是由主輔兩臺(tái)焊接電源組成，所以在參數(shù)設(shè)置上要考慮到前后絲的特點(diǎn)，應(yīng)該根據(jù)所焊接的工件的要求確定前后絲的焊接規(guī)范，打底焊縫主要考慮熔深和熔合質(zhì)量，可適當(dāng)加大能量輸出，避免熔合不好等缺陷；填充焊道主要考慮增大熔敷量、避免焊縫過(guò)熱，應(yīng)選擇合適的焊接速度和能量輸出的配合，避免弧長(zhǎng)過(guò)大，焊縫寬度大于12mm時(shí)可以使用擺動(dòng)電弧改善焊縫兩側(cè)的熔合；表面層的焊接一般都有較高的質(zhì)量要求，既要保證焊縫質(zhì)量又要保證表面成型美觀；前后絲規(guī)范的配合要適當(dāng)調(diào)整，減少焊層的厚度，適當(dāng)提高焊接弧長(zhǎng)和脈沖頻率，是液態(tài)金屬流動(dòng)性改善，增加焊縫表面的平整度和光潔度。

為了達(dá)到優(yōu)異的焊縫質(zhì)量，不應(yīng)過(guò)分追求電弧的柔和或無(wú)飛濺電弧，在絕大部分情況下，完全無(wú)飛濺的狀態(tài)并不是焊接質(zhì)量最好的電弧狀態(tài)。Tandem雙絲系統(tǒng)焊接鋁合金時(shí)由于輸出功率大、焊接速度快，焊縫面積大，其陰極清理區(qū)域的面積也大，在清理氧化皮特別是較厚的氧化皮的區(qū)域時(shí)，被除掉的三氧化二鋁在高溫下爆開(kāi)也會(huì)造成電弧的輕微震動(dòng)，產(chǎn)生“啪啪”的響聲并伴隨著連續(xù)不斷的細(xì)微火星飛濺，這與熔滴過(guò)渡不穩(wěn)定時(shí)的熔化的金屬飛濺完全不同，不會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量和焊縫成形造成影響。

鋁合金材料的導(dǎo)熱系數(shù)大，焊接熔深淺，而且使用常規(guī)方式調(diào)節(jié)熔深很困難，這也是容易造成焊接熱裂紋的原因之一。在Tandem雙絲高效GMAW工藝中為了得到較大的熔深，可以利用該工藝方法熱量較集中、前后絲規(guī)范分別可調(diào)的特點(diǎn)控制焊縫的熔深，在不增加的電壓條件下、增加脈寬和送絲速度可以加大焊縫的熔深，一般應(yīng)該前絲的電壓和弧長(zhǎng)更低一些，這樣可以在增大熔深時(shí)保持較好的焊縫成形。如果希望減小熔深，增加焊縫寬度和表面光潔度則可以提高峰值電壓和脈沖頻率，減小脈沖寬度。

　　由于鋁合金的電阻率很小、所以焊絲的干伸長(zhǎng)對(duì)于Tandem雙絲高效GMAW工藝焊接鋁合金的影響不大，但干伸長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)或影響到氣體的保護(hù)效果，焊接時(shí)干伸長(zhǎng)不應(yīng)該大于35mm。

　　該工藝焊接鋁合金時(shí)電弧功率較大，需要保護(hù)的熔池和焊縫面積也比較大，所以需要更多更大面積的保護(hù)氣體，如果使用純氬氣保護(hù)應(yīng)該使氣流量不小于45升/分鐘，一般50升/分鐘左右效果較好。

由于Tandem雙絲高效GMAW工藝焊接鋁合金時(shí)電弧功率較大，所以電弧光強(qiáng)度、聲音、煙塵等焊接污染也都大于單絲焊接，操應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增加防護(hù)措施。