铝合金MIG焊接工艺探讨

易晓冬

（湘潭电机股份有限公司，湖南 湘潭 411101）

我国铝土矿资源丰富，铝合金应用十分广泛，其具有密度低、价格低、强度高诸多优势。但是铝合金的焊接性较差，为获得优质的铝合金产品，需合理选择焊接方法。通过对当前常用的几种焊接方法对比分析显示，MIG 焊接工艺在铝合金中的应用优势显著，具有焊接质量高、设备轻便、工艺简单、成本低廉等特点，以下围绕铝合金MIG焊接工艺展开具体分析。

1 铝合金常用焊接工艺

根据近年来铝合金常用焊接工艺来看，主要有钨极惰性气体保护焊（TIG）、熔化极气体保护焊（MIG）两种，由于后者的焊接效率要高于前者，因此往往优先选用。铝合金MIG焊接，主要是利用熔化极焊丝作用电弧的一极，焊枪喷嘴中通以隋性气体对焊接区、电弧进行保护，焊丝熔化金属从焊丝端部脱落至熔池，与母材熔化金属共同形成焊缝。

铝合金MIG焊接工艺优点可归纳如下。

（1）焊丝即为电极，可使用大电流，熔深大、熔敷快，由此焊接效率高，也可适用于厚板材焊接。

（2）工艺简单、成本低，使用便利。但是根据应用实践来看，由于MIG焊焊接电流大，且多使用射流过渡方法，极易导致焊缝表面出现指状熔深、气孔，影响焊接质量，由此基于传统MIG焊基础上发展了多种工艺方法。

2 铝合金MIG焊接工艺的发展与机理分析

2.1 铝合金MIG焊接工艺发展情况

目前，铝合金MIG焊接工艺众多，其主要发展情况如下。（1）传统直流MIG焊：此焊接方法应用中，电源输出电流大小、方向维持不变，目前应用较少。

表1 传统脉冲焊接与双脉冲焊接的试验参数

（2）传统直流脉冲MIG焊：此技术简称“脉冲MIG焊”，利用周期性变化的脉冲电流开展焊接，可实现熔滴过渡、焊接热输入的有效控制，应用广泛。

（3）直流双脉冲MIG焊：此焊接方法有两种方案：单脉冲加低频脉冲送丝、双脉冲加等速送丝，前者送丝系统复杂，后者则较为简单。双脉冲MIG焊是用低频脉冲调节控制熔滴过渡的高频脉冲（低频、高频范围：0.5～50Hz、50～300Hz），由此获得周期性变化的强弱脉冲群。此焊接方法可获得鱼鳞状焊缝外观，减小了气孔倾向，焊接效率高。

2.2 铝合金双脉冲MIG焊机理

根据上述分析可知，与传统MIG焊方法相比，铝合金双脉冲MIG焊的应用具有显著优势，其可扩大电流使用范围；可控制熔滴过渡和熔池尺寸，实现全位置焊接；可控制热输入量，提高接头质量；焊缝成形美观；可增大焊接接头间隙（搭接接头最大间隙可达3mm）；可降低裂纹敏感性；可增大熔透能力，方便了中厚板材的焊接。

铝合金双脉冲MIG焊机理如下。

（1）熔池搅拌作用。双脉冲MIG焊接工艺应用中，电弧除了提供热能、传递物质之外，也具有一定刚性，可作用在熔池上进行搅拌，与传统脉冲MIG焊相比，搅拌效果更强，可破碎粗晶、细化晶粒，促进气体逸出，改善接头性能。

（2）熔滴冲击作用。双脉冲MIG焊接时，熔化的焊丝以射滴（亚射滴）方式过渡至到熔池，熔滴携有大量热能、动能，形成对熔池的冲击，增强搅拌作用，与电弧搅拌共同改善接头性能。

（3）双脉冲协同强化作用。与传统脉冲MIG焊相比，双脉冲下强弱脉冲群呈现为周期性变化，两者共同作用可实现对熔池搅拌的协同强化效果，由此获得更为强大的熔透能力。

（4）低频诱发熔池共振作用。双脉冲MIG焊的频率极低，而熔池自身振动的频率也很低，由此在实际焊接施工中，熔池较易出现共振作用，进一步提高焊接质量。根据铝合金双脉冲MIG焊机理分析可知，双脉冲MIG焊与传统MIG焊方法存在诸多差异，基于各因素的综合应用整体焊接效果更佳。

3 铝合金MIG焊接工艺的应用——以双脉冲MIG焊为例

3.1 铝合金双脉冲MIG焊接试验平台

本试验针对铝合金直流双脉冲MIG焊工艺的应用展开试验分析，构建了铝合金双脉冲 MIG 焊试验平台，主要设备包括：数字控制电焊机、焊接工作台、工业控制计算机等，硬件结构如图1所示。

本系统选用Matlab／Simulink作为设计控制器快速原型的平台，通过此软件系统，可实现对低能脉冲在各周期的占比进行调整，以合理控制各周期脉冲平均电流，减少母材热输入。

图1 硬件系统结构

3.2 双脉冲MIG焊接工艺试验

基于已构建的铝合金双脉冲MIG焊接试验平台，开展工艺试验。

（1）试验材料：厚铝板：6mm厚，牌号50581—H321；纯氩气：流量25L/min；铝镁焊丝：φ1.2mm，牌号5356。

（2）试验方法：本试验对传统脉冲MIG焊、双脉冲MIG焊的应用情况进行对比分析，共设置两组试验，A组采用单一的脉冲电流，B组采用可变双脉冲，具体焊接参数见表1。

（3）试验结果：通过多次开展B组试验，控制低能脉冲在各周期的占比由0%递增至80%，可通过脉冲平均电流的降低，实现对母材热积累效应的补偿，获得的焊缝熔宽均匀。经观察，A组中，当输入母材热量持续增加后，热积累效应增强，焊缝熔宽素质增加，后出现塌陷的情况，整体形貌较差；B组中，焊缝整体熔宽均匀，成型良好，具有鱼鳞纹外观。

4 结语

综上所述，基于铝合金在工业生产中消耗量的迅速增加，对焊接质量、效率的要求均在提高，由此MIG焊接方法的应用随之增多，其具有焊缝熔深大、熔滴熔敷快、焊接变形小以及工艺简单、经济性好等诸多特点，尤其是在厚大板件焊接施工中优势显著。本文通过分析明确了双脉冲MIG焊的应用优越性，经工艺试验可知，其特有的双脉冲与低频控制，有利于进一步提高焊缝外观质量、改善接头性能，具有极大的推广应用价值。