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摘要：铸铝焊接中由于母材含一定的杂质及气孔，因此在焊接中容易产生氧化铝、塌陷、裂纹，未溶合和气孔等缺陷。通过实践采用合理的焊接工艺，减少了焊接缺陷的存在，提高了焊接接头的力学性能，保证了设备的使用质量。
关键词：气孔；裂纹；氧化铝；焊接工艺
引言：小型磁力钻（见下图）在工程建设中运用广泛，施工现场有些磁力钻手表及壳体因老化、撞击或高处摔落产生开裂、碎片，处于报废状态。如更换壳体，不但价格较高，有时也根本买不到相应的配件，尤其是进口的更是难以匹配，每台损失可达2-3万元。因此需及时进行修复。本文将对铸铝手柄和外壳开裂、碎片部分，在拼装、手动开口后保存原样及在焊接修复过程中出现的氧化铝、杂质、气孔、裂纹等问题，在焊接工艺方面所需采取的措施进行论证。如图1
图1小型磁力钻
1磁力钻手柄及外壳的焊接性分析
1.1难熔合及易塌陷
磁力钻手柄及外壳在焊接中容易产生氧化铝膜，这层氧化膜不仅比重大，而且它的熔点温度高达2030℃。铸铝的熔点仅595℃，在焊接过程中不断产生氧化铝。这种氧化铝越多，越难熔化和破碎，也不易浮于熔池表面，造成焊缝难以融合。因此，焊接速度不宜太慢。由固态转变为液态时无塑性过程当焊接温度达到350～380℃时，铸铝的强度最低，升温到熔化温度时，它的强度完全消失，以致不能支持自身重量而塌陷。再者铸铝在加热时颜色不会发生改变，这样焊接时就不能以金属的颜色变化来判断加热温度的高低，磁力钻手柄及外壳厚度不匀时，更难以掌握，很容易造成塌陷。
1.2气孔
磁力钻手柄及外壳在修复补焊时，焊缝中常会出现气孔。由于铝材的导热性能好，首先凝固的是熔池底部，气孔由熔池底部上升，气孔在上升的过程中，来不及溢出，即被熔池里已凝固的金属封住，这就是气孔产生的原因。产生气孔的直接原因主要是氢气，大气中的水，氩气中的碳氢化合物，均是氢气的来源。底部首先凝固的金属液体迫使气泡向上升，升到顶部被坡口上边缘顶住无法溢出，为了较好的防止气孔的产生，除了焊工本人的熟练操作技能以外，还得注意，尽量将磁力钻需要焊接部位置于平焊位置，用火焰加热100℃-150℃，去除铸铝中的湿气。基于磁力钻手柄及外壳焊接性的分析，制定合理的焊接工艺是保证铸铝焊接质量的前提，遵守操作规程才能使焊接接头质量得以保证。
2焊接工艺
2.1焊接方法采用手工钨极氩弧焊（TIG）
2.2坡口尺寸：选用单面V形坡口，单边35°-40°。用金属磨头或合金铣刀手动加工，根部不留间隙、坡口钝边2mm，以确保焊缝彻底熔透。
2.3焊接设备：ACT-350逆变式交直流脉冲氩弧焊机。
2.4钨棒选用Φ2.4-3.0mm的铈钨棒。
2.5焊丝选择牌号为CHG-LA5183直径Φ2.4-3.0mm。
2.6氩气钝度不小于99.99%，且含水量不应大于50mg/m3。
3焊前准备
3.1铸铝外壳的清理：将磁力钻内部电源线及塑料开关等容易烧损元件进行拆除，焊丝、壳体裂纹及碎片周围20mm处用不锈钢丝刷清理表面油漆、氧化膜，露出金属光泽。再用丙酮将表面油污清洗干净，清理好的部位必须在2小时内焊接。
3.2焊丝的清理：焊丝采用不锈钢钢丝球反复清理焊丝表面氧化铝直至露出金属光泽，再用丙酮将表面油污清洗干净。也可用化学法清理表面氧化膜，用约70℃5％～10％NaOH溶液浸泡30～60S后，接着用约15％的HNO3（常温）浸泡2min左右后用温水洗净，再使其完全干燥。清理好的焊丝放人干净的保温桶内随时取用，处理好的焊丝必须在8小时内用完，否则需要重新处理。
3.3环境温度不低于5℃，否则应预热至100℃方可施焊。
焊前预热：预热温度用火焰加热100℃-150℃，去除铸铝中的水分。
3.5点焊组对
3.5.1先将清理干净的磁力钻开裂处端头及尾端末梢用电钻开孔止裂，中间处进行加强点焊，防止焊接过程中变形。
3.5.2将清理干净的磁力钻手柄及外壳碎片按照原样一块一块进行拼装组对，较短焊缝尽量点固两端，以保证金属磨头有足够的加工坡口空间，较长焊缝中间可适当加点，点焊长度根据焊缝长短进行调整。
3.6坡口加工：用金属磨头或合金铣刀（如图）将组对好的外壳、手柄沿着缝隙绞磨出35-40°坡口，较薄处只需开出浅曹即可。点焊固定部位待整体焊完后再去除焊点绞磨坡口。如图2
图2金属磨头和合金铣刀
4焊接
4.1焊接参数
4.2焊机面板调节参数
参数选项：控制面板上选择1.交流，2.短焊缝，3.恒流。
具体参数：恒流电流110-130A，前气2.0s，引弧80A，缓升/拐点1.5s，交流推力100A，清理比例10%，交流偏置80A，缓降3.5s，收弧20A，延气5.0s如图3所示
图3焊机面板
4.3焊接操作
4.3.1准备焊接时将焊枪置于待焊部位，钨极与焊件不接触保持2-3mm距离，采用高频引弧方法在施焊点上直接引燃电弧。焊接时焊枪与焊件表面成70°～80°左右的夹角，填充焊丝与焊件表面为15°～20°，以从右向左的焊接顺序焊枪向前移动，移动过程中焊枪左右微微摆动。左向焊法焊枪是指向未焊部分的有预热作用，而且容易观察和控制熔池温度，焊缝形成好，操作容易掌握。图4
图4高频引弧法
4.3.2焊丝送进方法一种方法是以左手的拇指、食指捏住，并用中指和虎口配合托住焊丝便于操作的部位。需要送丝时，将弯曲捏住焊丝的拇指和食指伸直，即可将焊丝稳稳地送入焊接区，然后借助中指和虎口托住焊丝，迅速弯曲拇指、食指，向上倒换捏住焊丝，如此反复的填充焊丝。
4.3.3起焊时，将稳定燃烧的电弧移向定位焊缝的边缘，当建立一个清晰明亮的熔池后用焊丝迅速触及熔池部位少量填入焊丝，看到填入开始熔化时，立即开始连续填加焊丝，焊丝的填充一般采用断续点滴填充法，同时，焊枪向前作微微摆动。焊接过程中。一根焊丝用完后，焊枪暂不抬起，按下电流衰减开关，左手迅速更换焊丝，将焊丝端头置于熔池边缘之后，启动正常焊接电流，继续进行焊接。焊接速度根据温度变化由慢到快。为防止塌陷，除需及时调整焊接速度外还需在较薄部位加装不锈钢托垫。施焊过程中如观察到熔池中杂质较多与母材不熔合或停弧现象时应立即停止操作，用不锈钢丝刷或金属磨头对该处进行清理直至清理干净方可继续焊接。收弧时，通过焊枪手柄上的按钮断续送电来填满弧坑防止缩孔产生。电弧熄灭后，氩气会自动延时几秒钟停气，以防止金属在高温下产生氧化。
5焊后处理
5.1磁力钻整体焊接完成后用不锈钢抛光刷和金属磨头进行焊缝修磨清理。
外观检验及受力实验。目测外观缺陷，检查表面焊缝及熔合区未发现气孔、夹渣、未融合、咬边、裂纹等缺陷，磁力钻手柄及壳体外观检验合格。（如下图）
图5表面焊缝及熔合区
受力实验主要针对手柄部位。静载荷试验：将磁力钻手柄受力部位用绳索定在行车吊钩上，再在磁力钻底部增加一倍重量，缓慢吊起悬空静置1-2小时。动载荷试验：将行车来回开动5-10分钟，利用行车来回运动过程中的甩力检验手柄的动载荷承受能力。如修复处未发现变形和开裂现象，说明手柄受力实验合格。
结束语
通过外观检验、受力实验及实际使用得知，焊缝具有良好的性能，证明焊接工艺和参数是合理的。磁力钻铸铝手柄及壳体在焊接中容易产生氧化铝、塌陷、裂纹，未溶合和气孔等缺陷。但只要执行合理的焊接工艺，熟练掌握焊接操作技术，仍能获得满意的铸铝焊接接头。
参考文献：
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