铝合金螺旋管焊接自动成型装置的研制(2)
铝合金具有比重小、比强度高、比刚度高、易于加工、良好的物理和化学性能等优点，耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好，采用铝合金代替钢板材料焊接,结构重量可减轻50 %以上，因此,铝及铝合金除广泛的应用于航空、航天和电工等领域。铝及铝合金在车辆、船舶、建筑、桥梁、化工机械、低温工程和宇航工业等各种结构方面的应用在不断扩大，但国产化的铝合金和铝合金焊接材料均还存在着一定的差距。
1.2 铝合金焊接的特点
(1) 铝在空气中及焊接时极易氧化,生成的氧化铝熔点高(2050 ℃) 、非常稳定、不易去除,它阻碍母材的熔化和熔合。氧化膜的密度大,不易浮出表面,易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺陷。铝材的表面氧化膜还吸附大量的水分,易使焊缝产生气孔。另外氧化膜不导电,影响焊接电弧的稳定性。焊接前应采用化学或机械方法进行严格地表面清理,清除其表面氧化膜。在焊接过程中要加强保护,防止其氧化。钨及氩弧焊时,选用交流电源,通过“阴极雾化”作用,去除氧化膜。气焊时,采用去除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时,可加大焊接热量,例如,氦弧热量大,利用氦气或氩、氦混合气体保护,或者采用大规范的熔化及气体保护焊,在直流正接情况下,可不需要“阴极雾化”。
(2) 铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊接过程中,大量的热量能被迅速传导到基体金属内部,因而焊接铝及铝合金时,能量除消耗于熔化金属熔池外,还要有更多的热量消耗于金属其他部位,这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著。为了获得高质量的焊接接头,应当尽量采用能量集中、功率大的能源,有时也可采用预热等工艺措施。
(3) 铝及铝合金的热膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的一倍。铝凝固时的体积收缩率较大,焊件的变形和应力较大,因此,需采取预防焊接变形的措施。铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、疏松、热裂纹及较大的内应力。生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性允许的情况下,可采用铝- 硅合金焊丝焊接除铝- 镁合金之外的其他铝合金。在铝- 硅合金中ω( Si) = 0.5 %时热裂倾向较大,随着硅含量增加,合金结晶温度范围变小,流动性显著提高,收缩率下降,热裂倾向也相应减小。根据生产经验,当ω( Si) 为5 %～6 %时可不产生热裂,因而采用SAlSi (ω( Si) 为4.5 %～6 %) 焊丝会有更好的抗裂性。
(4) 铝对光、热的反射能力较强,固、液转态时,没有明显的色泽变化,焊接操作时判断难。高温下铝的强度很低,支撑熔池困难,容易焊穿。
(5) 铝及铝合金在液态能溶解大量的氢,固态几乎不溶解氢。由于铝的导热性好,所以在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中,氢来不及溢出,极易形成氢气孔。弧柱气氛中的水分焊接材料和母材表面氧化膜吸附的水分,都是焊缝中氢气的重要来源。因此,对氢的来源要严格控制,以防止气孔的形成。
(6) 铝合金中有的合金化元素易蒸发、烧损,使焊缝性能下降。
(7) 母材基体合金如为变形强化或固溶时效强化状态,焊接热会使热影响区的强度下降。
(8) 铝为面心立方晶格,没有同素异构体,加热与冷却过程中没有相变,焊缝晶粒易粗大,不能通过相变来细化晶粒。
1.3 控制系统总体介绍
熔池控制系统的研究现状：
焊接过程为多参数交互作用的时变非线性过程．各参数之间相互影响、相互制约、而且焊接过程巾还存在大量不确定因素，因此以线性理论为基础建立的传统控制模型无法实现对焊接熔池的精确控制。近年来，随着智能控制理论的发展．同内外焊接工作肴将其引人熔池控糊系统．取得了良好的效果．虽然至今仍然为提出过完善的