提高鋁制品焊接性能

寂靜天花板

批評鋁制品焊接質量的人似乎從來不難找到抨擊對象。他們可以毫不費力地盯上拖車、卡車工具箱、房車、半掛車、應急車輛、浮筒和漁船等。在這類鋁材應用中，焊縫直接面對外部環境，迎接對其性能的檢驗，抵抗滲透和外觀侵蝕。傾向于從管理方面入手的批評人士也會對穩定的高品質焊接成本，以及勞動力培訓等問題產生疑惑。
- K: k$ T& E# u2 p0 U  M除了使用GTAW（鎢極氣體保護電弧焊）工藝所規定的流程和規范，許多厚達3 ⁄8 英寸的鋁制組件可以受益于一種稱為改進型或高級脈沖噴射過渡的焊接工藝。有數家供應商提供基于GMAW（氣體保護金屬電弧焊）工藝這種高級脈沖噴射技術。盡管每個系統所依托的技術并不相同，最終的結果卻非常相似： 能夠獲得類似于GTAW 的均勻的焊縫外觀，無焊槍操作痕跡； 操作人員無需掌握高深的工藝知識即可使用先進的系統；以及改變焊縫層間距離的能力，焊工稱之為“疊硬幣”。
% ~. R/ [! H# [% W8 }  R
) H! G+ x% ~# h/ y這些好處直接解決鋁制品加工者所面臨的三大挑戰：獲得出色的焊縫外觀；使不同操作者甚至同一操作者不同班次間的產品質量保持一致；并減少對操作者的技能要求。
請注意，改進型脈沖噴射過渡工藝不同于標準的脈沖GMAW。在傳統脈沖工藝中，電源產生的單一波形包含4 個變量：
; H" t# H* U2 s3 f1 D, p2 D7 s3 n7 S# }
* N- \, L) p, ?0 O4 r4 D1. 峰值電流，促進焊縫金屬沿整個電弧過渡；

) l( t) }4 U; V8 s2. 在峰值電流（脈沖寬度）中，控制平均電流、熔滴大小以及熔敷速率；
3 a' y  v5 V% n- ^: A9 i, m. @
3. 基值電流（通常按峰值電流的一定百分比設置），足以維持電弧，但不足以支持焊縫金屬過渡，這就使熔池有機會冷卻。基值電流還會影響滲透流動性；
2 P) {/ x) P; E: R3 Q5 r. }1 e3 }5 t/ C
# ?. V5 P* v/ u# M# F4. 每秒脈沖數，會影響焊絲熔化速率、送絲速度以及弧長。
7 Z. ?3 f/ Z4 Z; @4 \
" z# P' q3 P; ]7 J改進型脈沖噴射工藝以一個傳統的脈沖波形開始，再結合第二個波形甚至是另一個過程以實現特定目標。
5 E! h$ t' f- n對用于鋁制品的噴射電弧GMAW，操作者們知道采用挑弧焊手法可以產生類似GTAW 的焊縫，從而提高脈沖GMAW 焊縫的美觀度。不幸的是，這會引發潛在的質量問題，其原因是可能很快會出現熔融不良。挑弧焊還會增加應力升高的可能性， 導致焊縫疲勞集中并可能引發開裂。
" M9 d3 K6 [2 e  L
相反，改進型脈沖噴射工藝會自然而然地形成疊硬幣式焊縫外觀，這是由于當系統在不同過渡模式之間切換時，焊接金屬熔敷率持續變化。這一工藝不受焊槍操作的影響，可提高整條焊縫滲透的一致性，并使與應力升高相關的問題最小化。而且， 這一工藝使加工者能夠獲得優質焊縫外觀，無論是采用固定式還是靈活的自動化系統，尤其便于圓周焊接，例如浮筒或拖車上的長接縫。
焊接電源的控制過于復雜，可能會使焊工、監督員和培訓經理感到厭惡、擔憂和沮喪。有時，甚至會嚴重到影響一個公司從其所購買的技術中受益。早期的脈沖GMAW 機器往往就是屬于這一類。除了針對最常見填充金屬的千篇一律的程序，用戶還必須針對特定應用，結合編程和焊接專業知識來調整波形變量。
% ]7 V$ }8 ~# A" T1 Y% X
% L; z& L" Y0 N2 r最新一代脈沖GMAW 機器提供了更加友好的控制方式，以及具有更大靈活度的工廠脈沖設置程序，通常被稱為“協同方式”。脈沖GMAW 機器可能包含適用于以下鋁填充焊絲牌號的協同方式：5356、5183、5556、5554、4043、4047 以及1100。人機交互界面提示用戶選擇并輸入流程變量，如保護氣體和焊絲類型和直徑，然后選擇所需的焊接過程。 一旦進入，焊機（電源和送絲裝置）自動確定過程變量，并提供優化電弧性能，而無需掌握高深的工藝知識。
: M/ d8 I1 D) g5 L  Y操作者只需相應調整送絲速度，即可增減移動速度。電源可自動調整其它所有工藝變量，以保持最佳電弧條件。這種被稱為“協同控制”的控制， 被廣泛應用于當今的大量先進供電應用中。
9 \+ r, h6 L1 K- E: v+ v& r' v使用協同控制時， 電壓控制旋鈕提供通常被稱為“修剪”的控制功能。要理解它是如何工作的，不妨想象一下源自焊絲頂端的弧錐。上行電壓/ 修剪，是移動弧錐的起點使之接近接觸點，從而使弧錐覆蓋更廣的范圍。添加修剪可創建更大、更熱的熔池使熔融的焊接金屬更好地流入焊縫。下行修剪，是移動弧錐的起點使之接近焊接點，從而產生較窄的焊縫。請注意，進行修剪調整時，應充分考慮所需的填充金屬用量， 必須足以保證焊縫寬度和厚度。

協同方式和協同控制可以滿足大部分鋁制品加工者的需求。對于特殊應用，通過熱輸入調整、定制焊縫尺寸和脈沖波紋間的距離，用戶可以選擇不同的過渡方式并調整每種方式的持續時間。他們也可以通過閃存驅動器將程序轉移到車間中的其它機器上。另一個好處是，有些機器可以顯示兩種波形的實際參數， 這有助于建立和記錄焊接工藝規范。
- C* z2 I% l* @# |與任何資本支出一樣，采購脈沖GMAW 電源時，應基于每個公司更廣闊的運行背景加以審視。很多公司購買脈沖GMAW 裝置，一般是為了應對以下一個或多個目標：

; u6 ?- m/ r/ M◆憑借穩定的焊接質量和外觀，增強競爭力；

◆解決勞動力問題；

◆提高生產力（更快的焊接速度、更高的合格率、減少廢品）；
) q  s/ r6 T7 J$ @/ O
◆流程自動化；
" \/ K- G1 G- F! o; J% |
◆降低運營成本（降低電費、獲得返利、削減填充金屬成本）。

盡管有些目標不易看得見、摸得著，減少填充金屬成本的能力則是相對易于計算清楚的。憑借脈沖以及改進型脈沖噴射工藝所提供的控制熱輸入的能力，加工者通常可以使用較大直徑的焊絲。因為較大直徑焊絲的單位重量成本較低，加工者可以節省2 - 25% 的成本，視合金和包裝而不同。
. x8 q5 K2 y: U
5 y9 r. R5 W( g& Y此外，較大直徑的焊絲適用于更大范圍的材料厚度。例如，0.047 英寸直徑5356 型焊絲適用于0.040 - 3 ⁄8 英寸厚度的材料；而0.062 英寸直徑5356 型焊絲則只適用于0.125 - 5 ⁄8 英寸厚度的材料。

: R* h/ ]& q9 {! D- L2 Y9 R測試

展示了改進型脈沖噴射焊接工藝的靈活性，測試采用0.062 英寸直徑5356 型焊絲。使用1 ⁄8 英寸厚6061 型鋁質測試樣片進行熔敷角焊。

+ o  x6 K, K3 f2 c! D) \* }/ H短弧/ 噴射工藝的測試結果（見圖表第二列）可能有所低估， 這是因為這一工藝對于0.062 英寸焊絲而言能量不足。焊縫看起來溫度不夠且起伏不平。

為達到正常的噴射弧過渡，送絲速度要提高到300 英寸/ 分鐘。然而，既想獲得類似于脈沖模式樣本的焊縫大小，而又不會焊穿工件，移動速度應接近72 英寸/ 分鐘，這對于生產環境中的焊機幾乎是不可能的。如果將移動速度減慢至易于做到的36 英寸/ 分鐘，燒穿的風險就很高，再加上工件材料會變得過熱， 焊接就會變得難以控制，焊縫外觀也會很差。

  X8 N7 y' K3 F) T& q& n5 N$ E3 b2 j相反，脈沖和改進型脈沖噴射工藝則不存在這些問題。通過控制移動速度和熱輸入，可防止燒穿。
  g5 C2 K/ y! t1 ?/ G' x
# h9 s( K& a3 ?! I對于想要減少填充焊絲的庫存及轉換時間、并統一采用單一的較大直徑焊絲的加工者，脈沖和改進型噴射弧工藝可以帶來顯著的節省。