鋁合金MIG焊接工藝探討

易曉冬

（湘潭電機(jī)股份有限公司，湖南 湘潭 411101）

我國鋁土礦資源豐富，鋁合金應(yīng)用十分廣泛，其具有密度低、價(jià)格低、強(qiáng)度高諸多優(yōu)勢(shì)。但是鋁合金的焊接性較差，為獲得優(yōu)質(zhì)的鋁合金產(chǎn)品，需合理選擇焊接方法。通過對(duì)當(dāng)前常用的幾種焊接方法對(duì)比分析顯示，MIG 焊接工藝在鋁合金中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著，具有焊接質(zhì)量高、設(shè)備輕便、工藝簡(jiǎn)單、成本低廉等特點(diǎn)，以下圍繞鋁合金MIG焊接工藝展開具體分析。

1 鋁合金常用焊接工藝

根據(jù)近年來鋁合金常用焊接工藝來看，主要有鎢極惰性氣體保護(hù)焊（TIG）、熔化極氣體保護(hù)焊（MIG）兩種，由于后者的焊接效率要高于前者，因此往往優(yōu)先選用。鋁合金MIG焊接，主要是利用熔化極焊絲作用電弧的一極，焊槍噴嘴中通以隋性氣體對(duì)焊接區(qū)、電弧進(jìn)行保護(hù)，焊絲熔化金屬從焊絲端部脫落至熔池，與母材熔化金屬共同形成焊縫。

鋁合金MIG焊接工藝優(yōu)點(diǎn)可歸納如下。

（1）焊絲即為電極，可使用大電流，熔深大、熔敷快，由此焊接效率高，也可適用于厚板材焊接。

（2）工藝簡(jiǎn)單、成本低，使用便利。但是根據(jù)應(yīng)用實(shí)踐來看，由于MIG焊焊接電流大，且多使用射流過渡方法，極易導(dǎo)致焊縫表面出現(xiàn)指狀熔深、氣孔，影響焊接質(zhì)量，由此基于傳統(tǒng)MIG焊基礎(chǔ)上發(fā)展了多種工藝方法。

2 鋁合金MIG焊接工藝的發(fā)展與機(jī)理分析

2.1 鋁合金MIG焊接工藝發(fā)展情況

目前，鋁合金MIG焊接工藝眾多，其主要發(fā)展情況如下。（1）傳統(tǒng)直流MIG焊：此焊接方法應(yīng)用中，電源輸出電流大小、方向維持不變，目前應(yīng)用較少。

表1 傳統(tǒng)脈沖焊接與雙脈沖焊接的試驗(yàn)參數(shù)

（2）傳統(tǒng)直流脈沖MIG焊：此技術(shù)簡(jiǎn)稱“脈沖MIG焊”，利用周期性變化的脈沖電流開展焊接，可實(shí)現(xiàn)熔滴過渡、焊接熱輸入的有效控制，應(yīng)用廣泛。

（3）直流雙脈沖MIG焊：此焊接方法有兩種方案：?jiǎn)蚊}沖加低頻脈沖送絲、雙脈沖加等速送絲，前者送絲系統(tǒng)復(fù)雜，后者則較為簡(jiǎn)單。雙脈沖MIG焊是用低頻脈沖調(diào)節(jié)控制熔滴過渡的高頻脈沖（低頻、高頻范圍：0.5～50Hz、50～300Hz），由此獲得周期性變化的強(qiáng)弱脈沖群。此焊接方法可獲得魚鱗狀焊縫外觀，減小了氣孔傾向，焊接效率高。

2.2 鋁合金雙脈沖MIG焊機(jī)理

根據(jù)上述分析可知，與傳統(tǒng)MIG焊方法相比，鋁合金雙脈沖MIG焊的應(yīng)用具有顯著優(yōu)勢(shì)，其可擴(kuò)大電流使用范圍；可控制熔滴過渡和熔池尺寸，實(shí)現(xiàn)全位置焊接；可控制熱輸入量，提高接頭質(zhì)量；焊縫成形美觀；可增大焊接接頭間隙（搭接接頭最大間隙可達(dá)3mm）；可降低裂紋敏感性；可增大熔透能力，方便了中厚板材的焊接。

鋁合金雙脈沖MIG焊機(jī)理如下。

（1）熔池?cái)嚢枳饔?。雙脈沖MIG焊接工藝應(yīng)用中，電弧除了提供熱能、傳遞物質(zhì)之外，也具有一定剛性，可作用在熔池上進(jìn)行攪拌，與傳統(tǒng)脈沖MIG焊相比，攪拌效果更強(qiáng)，可破碎粗晶、細(xì)化晶粒，促進(jìn)氣體逸出，改善接頭性能。

（2）熔滴沖擊作用。雙脈沖MIG焊接時(shí)，熔化的焊絲以射滴（亞射滴）方式過渡至到熔池，熔滴攜有大量熱能、動(dòng)能，形成對(duì)熔池的沖擊，增強(qiáng)攪拌作用，與電弧攪拌共同改善接頭性能。

（3）雙脈沖協(xié)同強(qiáng)化作用。與傳統(tǒng)脈沖MIG焊相比，雙脈沖下強(qiáng)弱脈沖群呈現(xiàn)為周期性變化，兩者共同作用可實(shí)現(xiàn)對(duì)熔池?cái)嚢璧膮f(xié)同強(qiáng)化效果，由此獲得更為強(qiáng)大的熔透能力。

（4）低頻誘發(fā)熔池共振作用。雙脈沖MIG焊的頻率極低，而熔池自身振動(dòng)的頻率也很低，由此在實(shí)際焊接施工中，熔池較易出現(xiàn)共振作用，進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量。根據(jù)鋁合金雙脈沖MIG焊機(jī)理分析可知，雙脈沖MIG焊與傳統(tǒng)MIG焊方法存在諸多差異，基于各因素的綜合應(yīng)用整體焊接效果更佳。

3 鋁合金MIG焊接工藝的應(yīng)用——以雙脈沖MIG焊為例

3.1 鋁合金雙脈沖MIG焊接試驗(yàn)平臺(tái)

本試驗(yàn)針對(duì)鋁合金直流雙脈沖MIG焊工藝的應(yīng)用展開試驗(yàn)分析，構(gòu)建了鋁合金雙脈沖 MIG 焊試驗(yàn)平臺(tái)，主要設(shè)備包括：數(shù)字控制電焊機(jī)、焊接工作臺(tái)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等，硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本系統(tǒng)選用Matlab／Simulink作為設(shè)計(jì)控制器快速原型的平臺(tái)，通過此軟件系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)低能脈沖在各周期的占比進(jìn)行調(diào)整，以合理控制各周期脈沖平均電流，減少母材熱輸入。

圖1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 雙脈沖MIG焊接工藝試驗(yàn)

基于已構(gòu)建的鋁合金雙脈沖MIG焊接試驗(yàn)平臺(tái)，開展工藝試驗(yàn)。

（1）試驗(yàn)材料：厚鋁板：6mm厚，牌號(hào)50581—H321；純氬氣：流量25L/min；鋁鎂焊絲：φ1.2mm，牌號(hào)5356。

（2）試驗(yàn)方法：本試驗(yàn)對(duì)傳統(tǒng)脈沖MIG焊、雙脈沖MIG焊的應(yīng)用情況進(jìn)行對(duì)比分析，共設(shè)置兩組試驗(yàn)，A組采用單一的脈沖電流，B組采用可變雙脈沖，具體焊接參數(shù)見表1。

（3）試驗(yàn)結(jié)果：通過多次開展B組試驗(yàn)，控制低能脈沖在各周期的占比由0%遞增至80%，可通過脈沖平均電流的降低，實(shí)現(xiàn)對(duì)母材熱積累效應(yīng)的補(bǔ)償，獲得的焊縫熔寬均勻。經(jīng)觀察，A組中，當(dāng)輸入母材熱量持續(xù)增加后，熱積累效應(yīng)增強(qiáng)，焊縫熔寬素質(zhì)增加，后出現(xiàn)塌陷的情況，整體形貌較差；B組中，焊縫整體熔寬均勻，成型良好，具有魚鱗紋外觀。

4 結(jié)語

綜上所述，基于鋁合金在工業(yè)生產(chǎn)中消耗量的迅速增加，對(duì)焊接質(zhì)量、效率的要求均在提高，由此MIG焊接方法的應(yīng)用隨之增多，其具有焊縫熔深大、熔滴熔敷快、焊接變形小以及工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好等諸多特點(diǎn)，尤其是在厚大板件焊接施工中優(yōu)勢(shì)顯著。本文通過分析明確了雙脈沖MIG焊的應(yīng)用優(yōu)越性，經(jīng)工藝試驗(yàn)可知，其特有的雙脈沖與低頻控制，有利于進(jìn)一步提高焊縫外觀質(zhì)量、改善接頭性能，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。