专利名称：使用Ar/He/O的制作方法
技术领域：
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。
本发明工艺的进一步特点如下-保护气体含0.9％～1.80％的O2和15％～98.20％的He，余量为Ar；-保护气体混合物含至少1％的O2，优选至少1.1％的O2，更优选至少1.2％的O2；-保护气体混合物含至多1.70％的O2，优选至多1.65％的O2；-使用固体可熔焊丝；-焊接速度从0.25m/min至1.20m/min，优选0.60m/min至1m/min；-送丝速度从2.5m/min至20m/min，优选4m/min至17m/min；-平均焊接电流从40A至450A和/或平均焊接电压从15V至40V；-该工艺使用脉冲方式，和/或焊接电流从120A至350A和/或平均焊接电压从20V至30V；-该工艺使用喷射方式，和/或焊接电流从180A至450A和/或平均焊接电压从20V至39V；因此本发明在于He或Ar/He混合气体中O2含量的精确控制，最大O2含量不超过约1.80％是必须的，这样形成的该混合气体构成实施MIG工艺时使用的保护气体。
应该强调使用调制焊接电流的任何以喷射方式的MIG工艺被排除在本发明之外。
本发明通过以下实施例更清楚地解释，通过说明但不意味着限制方式，结果示意于附图中。
实施例为了表示根据本发明MIG工艺的效果，进行了一些对比实验。
就这些实验而言，铝试件(根据NFEN485,487,515和573标准，5000和6000等级)使用脉冲方式和非调制喷射方式MIG工艺焊接，使用加入1％～1.5％O2的Ar作为保护气体。
电机是由La Soudure Autogene Francaise购得的480 TR16电机。
在所有情形下，用作填充金属的熔化焊丝均为5356型(根据AWS A5.10或NF A50.403标准)直径1.2mm的焊丝。
焊接之前，通过机械切割制备铝试件。
其它焊接参数示于如下的表I，其中-V丝表示熔化焊丝送丝速度；-Ip表示峰值电流强度；-Ib表示基值电流；-I平均表示平均电流；-Up表示峰值电压；-U平均表示平均电压；-F脉冲表示电流脉冲频率(脉冲MIG形式中)；-T脉冲表示电流脉冲时间(脉冲MIG形式中)；表I两种输送形式的焊接参数
根据生产率(焊接速度)和接头质量(焊道致密性和外观)和机械性能评价了其性能之后，所得结果在下面给出。
在下面的表II中，对于5000级给出的速度的增加，通过相对于各种Ar/He混合气体以及使用或不使用添加O2的焊接速度确定，并且作为对比，也给出使用加入O2的Ar获得的结果。这些结果用图解法示于图I。
可以看出，对于同样的O2加入量，在焊接速度和熔深方面性能的改善，Ar/He混合气体和单独Ar保持相当。
表II对于5000等级，相对于不加入O2的Ar/He混合气体就焊接速度而论性能的改善
焊接速度(VW)m/min；速度增加以％计；n.d.未确定。
表II表明具有6mm厚完全熔深的焊缝的焊接速度的增加。
再者，为了根据接头质量(焊道致密性和外观)评价性能，在5000等级试件上进行了X-射线检测，未发现有那些在使用Ar或Ar/He混合气体的MIG中通常遇到的那些以外的任何缺陷。
补充地，通过简单地抛光，宏观试样能够显示不同分布和取向的缩小尺寸(约0.01mm)夹杂物的区域。
这些区域通过扫描电镜被确认为氧化铝(Al2O3)区域。再者，使用Ar/He/O2混合气体获得的焊道的外观显著不同于使用Ar/He混合气体生成的那些该焊道具有依赖于残余O2含量而呈黑色的表面沉积物，该沉积物通过刷或在布的帮助下除去。
其次，机械性能通过矫平的(levelled)横向拉伸和横向弯曲试件确定。拉伸结果示于图2，其中，X轴代表在不同组成的三种Ar/He混合气体中的O2含量，Y轴代表5000等级组件的抗拉强度(Rm)值(MPa)。
相应的本征值和接头系数(熔敷金属的强度/母材强度)示于表III。
应该注意，根据O2含量的增加，熔合区的机械性能没有明显的降低。在使用Ar/He混合气体喷射方式中具有7N/mm2(即-2.6％)的最大记录降低量，仍少于使用Ar/O2相同传输形式的记录的相应值，即15N/mm2(即-5.5％)。
表III对于加入有O2的Ar/He混合气体5086系列组件的机械性能
n.d.未确定。
所有拉伸试块(具有厚度6mm)系统性地断裂于熔敷金属，这是5000系列的正常行为。其断裂面上暴露出细分散黑夹杂区域。这些观察证实上述宏观检测的结果。根据O2含量，它们可能尺寸变大或密度增高，但是，如上所述，因为弯曲试验的结果是令人满意的(弯曲180°后，完全没有影响)，所以它们对组件机械性能和可变形性的影响不明显。
所以，由此(
图1)得出，对于同样的O2加入量，Ar/He混合气体性能的改善(熔深或焊接速度的增加)保持与单独Ar时相当。
控制量(小于2％)的O2的加入还使对于将最高6mm厚的工件焊接到一起时不考虑任何特殊准备工作如开坡口和分割成为可能。
对于生产率的增加还应加入两个其它实质性的操作方面的优点，即易于引弧和在稳定状态下电弧的稳定性。以图解的方式示于图3的对比例表明，在记录上，使用Ar/He/O2混合气体的喷射方式比使用Ar/He混合气体(也就是说，没有O2的加入)喷射方式在电流稳定性方面获得了实质性的提高(在两种情况下，He含量均为20％～50％)，如示于图3和图4的对比例表明的，在实验室记录中，Ar/He混合气体中加入O2的喷射方式的电流稳定性的提高。
这些优点不仅在纯铝上、也在5000和6000系列的铝合金上被证实。
权利要求
1.一种脉冲方式或无电流调制的喷射方式的MIG焊接铝和铝合金的工艺，该工艺至少在焊接区部分使用保护气体，其中，保护气体是一种气体混合物，其组成为，以体积计，0.8％～1.80％的O2和15％～98.20％的He，余量可能为Ar。
2.权利要求1要求的工艺，其中，保护气体含0.9％～1.80％的O2和15％～98.20％的He，余量为Ar。
3.权利要求1或2要求的工艺，其中，保护气体混合物含至少1％的O2，优选至少1.1％的O2，更优选至少1.2％的O2。
4.权利要求1至3要求的工艺，其中，保护气体混合物含最多1.70％的O2，优选最多1.65％的O2。
5.权利要求1至4要求的工艺，其中使用固体可熔焊丝。
6.权利要求1至5要求的工艺，其中焊接速度是从0.25m/min至2m/min，优选0.60至1.5m/min。
7.权利要求1至6要求的工艺，其中送丝速度从2.5m/min至25m/min，优选4m/min至20m/min。
8.权利要求1至7要求的工艺，其中平均焊接电流从40A至450A和/或平均焊接电压从15V至40V。
9.权利要求1至8要求的工艺，其中使用脉冲方式，和/或焊接电流从120A至350A和/或平均焊接电压从19V至32V。
10.权利要求1至8要求的工艺，使用喷射方式，和/或焊接电流从180A至450A和/或平均焊接电压从19V至39V。
全文摘要
本发明涉及铝及铝合金无电流调制的喷射方式或脉冲方式的MIG焊接工艺,其中至少在焊接区的一部分使用保护气体。根据本发明的工艺,保护气体是一种混合气体,其中包含,以体积计,0.8%～1.80%的O
文档编号B23K9/173GK1329961SQ0112201
公开日2002年1月9日 申请日期2001年6月22日 优先权日2000年6月22日
发明者J－M·福坦, P·莱菲布里, J－Y·穆顿, G·普罗提尔 申请人:液体空气乔治洛德方法利用和研究有限公司