[发明专利]使用Ar/He/O2型保护气体的铝及其合金熔化极惰性气体焊接工艺

说明书

本发明涉及铝及铝合金以脉冲方式或喷射方式的MIG(熔化极惰性气体)电弧焊工艺，也就是说，采用轴向喷射，但不包括在喷射方式中使用调制电流的方法。

MIG电弧焊工艺在工业中广泛地应用，包括焊接铝。

保护气体在该工艺的实施中起重要的作用。

这样，Ar不允许高的焊接速度并且在自动焊中电流超过500A时产生电弧不稳。在喷射方式中使用Ar获得的窄熔深的特征形状不适合于贯穿焊接。

再者，氩气/氦气(以下称作Ar/He)混合气体和单独He可以增加熔深和焊根宽度，因此可能避免昂贵的准备工作，Ar/He混合气体中He含量越高，越是如此。

换言之，对于固定的厚度，He允许随着其含量的增加而增加焊接速度。

然而，虽然有He的存在还通常提高焊道致密性，但是对焊道外观有害，其比使用纯Ar光泽差。

虽然在手工焊(例如Ar/20％He型混合气体)和自动焊(例如Ar/50％～70％He型混合气体)中，Ar/He混合气体在质量和生产率上提供明显的优点，但是会因与He含量相关引入并非不重要的费用。

对于不必满足此两原则的应用，考虑混合气体的其它类型可能是明智的。

这样，对于TIG和MIG焊工艺，文献EP—A-639 423建议使用Ar或Ar/He类型混合气体，该混合气体进一步包含以体积计100～1000ppm的CO₂和/或O₂。

再者，文献EP-A-4241982建议使用也加入以体积计80～250ppm的N₂的Ar/He混合气体或Ar。

文献EP-A-442475推荐使用含0.5～1.25体积％的CO₂，30～40体积％的He以及余量为Ar的混合气体进行熔化极焊接。

文献US-A-4,071,732涉及含少于30％CO₂或少于5％O₂的惰性气体形成的混合气体；然而该文献的实施例仅仅描述了Ar和含约5～15％CO₂的混合气体。

应该强调对于提高性能，这些工艺从工业观点考虑没有一种是完全令人满意的。

再者，如EP-A-909604所述，在调制喷射MIG焊中，也就是说，使用被调制的焊接电流，已经推荐使用保护气体或由Ar，He或其混合物形成的混合气体，其中已加入0.01％～1.80％的CO₂和/或O₂。然而，这种情况下，为了除去焊接熔池中形成的气体夹杂物，特别是在其中易于出现的可扩散的氢，对电流应用低于60Hz的频率的电流调制以便能够脱除焊接熔池中的气体。这是因为当希望获得高质量的焊接接头但不实际需要高焊接速度时，使用具有电流调制的喷射方式MIG工艺。

因此，产生的问题是不使用焊接电流调制而改善公知的MIG焊接工艺，特别是在非调制喷射方式MIG工艺，也就是说不使用焊接电流调制，以及脉冲方式的工艺，以便能够获得生产率和焊接速度高性能水平。

这是因为当希望提高生产率而不是质量即焊缝外观时，非调制喷射方式(不使用电流调制)MIG工艺和脉冲方式的MIG工艺更适合。

至今为止，当保护气体含O₂时，非调制形式或脉冲方式的MIG工艺很少或根本未应用于焊铝或其合金。

这是由于通常认为保护气体中O₂的存在对生成的焊缝有害，当O₂加入到保护气体中时，O₂能容易地与铝原子结合而导致焊缝中固体氧化铝(Al₂O₃)夹杂，其对所述焊缝机械性能有负面影响。再者，对于高O₂含量，也就是说，O₂含量超过2％，以及高CO₂含量，也就是说，CO₂含量也超过2％时已证实了这个事实。

然而，相反地，在保护气体流中O₂的存在，导致从工业观点考虑可接受的生产率性能水平。

因此产生的问题是需要提供一种铝及其合金的MIG焊接工艺，满足具有高的和工业上可接受的生产率和低的焊缝氧化铝夹杂水平而对焊接接头机械性能没有大的或明显的损害。

因此本发明提供的解决方案在于铝和铝合金MIG焊接工艺，以脉冲方式或不使用电流调制喷射方式，至少在焊接区的一部分使用保护气体，其中，该保护气体是含0.01％～1.80％的O₂和20％～98.2％的He，余量可能为Ar的混合气体。