螺柱焊中铝制螺钉的焊接工艺

铝钉焊接时的特征

铝具有良好的导电性、导热性、抗腐蚀能力，有利于变形特性以及有较大的比强度，因此在工业方面得到了广泛的应用。

但是，铝钉焊接时的特征与钢有很多不同之处。焊接铝与焊接铁基材料有所不同，与两者物理特性有关下表列出影响纯铝与铁焊接性能的物理特性值。

根据这些物理性能方面的区别，铝焊接时的特征是：

(1)和氧的高亲和力：在短时间内能够在光泽铝板平面生成高熔点的氧化层(A1203)，其熔点温度大约2050℃。而它的密度较大，约3.70 g/cm3，造成夹渣和增加未熔合的危险。

(2)熔点：铝比铁的熔点低很多。铝加热时，当铝还不太红时就已经熔化了。而铁基材料有十分明显的“粘稠”状态，对纯铝来说，则局限在一个很窄的温度段内。当铝的焊接处看起来是固态时，转瞬间都已变成稀熔液状态了。因此在焊接铝时要精确控制热量的输入。

(3)热导率：铝的热导性比铁的热导性大3倍，焊接时要集中线能量。

(4)溶氢能力：铝在固态时完全不能溶解氢。所有在焊接过程中溶入液态铝熔池中的气体，在熔池凝固之前必须由焊缝中排出。否则，气体将以气孔形式残留在焊缝中。

氢气的来源主要是母材表面的氧化层。这种氧化层具有吸湿性，它可吸引湿气并溶入熔池。采取的对策是在焊接之前彻底清除待焊工件表面的氧化层。

1.铝螺柱焊时要注意的问题

在螺柱焊生产中，遇到最多的是工业纯铝和防锈铝只要正确选择焊接方法、制订合理的焊接工艺。以及仔细清理和装配工件就可获得满意的焊接质量。需要注意的有：

(1)在铝螺柱焊时造成的气孔，最普遍的是因为螺柱和母材清理不干净，或者是清理后放置时间过长。因此，在焊接铝及其合金时，工件必须仔细清洗。生产中采用的方法，根据不同生产情况分为两种：

①机械清理。在焊接处用铜丝轮打光。但不要划痕太深，否则反而易于玷污。工件个别地方机械清理不够彻底时，可用酒精或汽油(丙酮)擦除油污。

②化学法清洗。在成批生产铝螺柱焊工件时，用化学清洗的效果与药品浓度、清洗温度和清洗时间有着很重要的关系。生产实践用的化学清洗规范见下表：

已经清洗的工件,最好在24小时之内进行焊接。如果放置时间过长。就会重新生成较厚的氧化膜并吸收水分或玷污工件，仍不能保证焊接质量。

(2)焊接熔池必须非常认真地与大气屏蔽，只能在极短的焊接时间(< 1.5 ms)情况下作业，通常电弧生成的金属蒸汽能阻止与大气的作用。在较长的焊接时间中，需要借助保护气体(主要是纯氩，纯度99.99%)实现完善的屏蔽。由于螺柱焊的情况是错综复杂的，螺柱夹持器在焊枪的保护气体气室上方是无异议的，而且是完全无干扰的气流。但是在焊接作业时，焊枪不断的往上和往下反复动作以及装螺柱作业后，通电流之前保护气体还没有提前供气，这样就会使空气渗入焊枪的保护气体的气室。

(3)在铝螺柱用氩气作保护时，利用氩弧焊时可以自动地清除氧化膜的现象(因为氩弧焊时正离子撞击阴极表面所放出的能量，比电子撞击阴极表面所放出能量要大)，而螺柱焊是采用直流电源，把工件接负极(即直流反接)。那么，由于正离子冲击工件表面的结果，就可以把氧化膜清除。这种现象一般称为“阴极破碎”或“阴极净化”。所以在铝螺柱焊时采用反接极性。

(4)铝螺柱焊时稀薄的熔池具有微小的焊釉粘度。铝螺柱浸入工件时挤向熔池外表面，这样很容易向工件单侧倾斜，所以在操作时要予以注意。

(5)铝螺柱焊接时并不是很容易得到无气孔和少气孔的优秀焊接效果。虽然使用陶瓷环能够保持熔池反应尺寸，但是，要是使用了受潮的陶瓷环，当电弧与受潮的陶瓷环一起作用时，附加的氢气会全部溶解在焊锭中。

因此，对于用陶瓷环拉弧铝螺柱焊时，陶瓷环一定要干燥，否则陶瓷环应加热干燥处理(升温至900℃保温1小时以上)后再使用。

2.储能式铝螺柱焊

多年以来，对于到M8为止的铝螺柱保持用储能式螺柱焊方法。大约1ms的焊接时间能阻止熔池与大气的作用。较高的电流密度破坏了铝材的氧化皮并形成金属蒸气保护了熔池。然而对于M10及以上规格较大的铝螺柱时，使用储能式铝螺柱是不稳定的。

借助带法兰螺柱增大焊接面积。由于气孔和未熔合造成的在拉力和弯曲试验时的断裂，通常在螺柱，而不是在焊接区。就焊接工业纯铝螺柱来说，焊接区只能加载低微的强度。而焊接防锈铝螺柱，在大多数情况下效果较好，螺柱断裂前可承受较大的可塑变形。

纯铝螺柱相对来说质地较软。因此当焊接时尖端引燃冲击在工件上时可能会发生变形，从而对进行的焊接过程造成干扰。

为了有利于储能式铝螺柱焊，前提条件是：

(1)工件表面干净且不粗糙；

(2)螺柱前端表面干净；

(3)螺柱和夹持器、工件和地线夹接触没有问题且必须防止电弧偏吹。