在經(jīng)典電影《變形金剛》里，由汽車(chē)變身而成的鋼鐵機(jī)器人給人們留下了很深的印象。一直以來(lái)，只要提到汽車(chē)，人們就自然而然將它與鋼鐵聯(lián)系到一起?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有鋼鐵行業(yè)，就沒(méi)有汽車(chē)行業(yè)的今天。

      隨著時(shí)代的發(fā)展，“笨重”的汽車(chē)逐漸成為人們的詬病，由于鋼鐵本身重量大，導(dǎo)致整車(chē)重量過(guò)重，會(huì)造成油耗過(guò)大等一系列問(wèn)題，汽車(chē)輕量化迫在眉睫。因此，當(dāng)全鋁車(chē)身的概念提出時(shí)，就立即引起來(lái)人們的熱烈討論。

      鋁合金的質(zhì)量相較于鋼鐵來(lái)說(shuō)要輕很多，根據(jù)美國(guó)鋁學(xué)會(huì)報(bào)告，汽車(chē)每使用0.45公斤鋁就可減輕1公斤的車(chē)重。5、工人的勞動(dòng)強(qiáng)度明顯降低，由于采用自動(dòng)化流水線作業(yè)，上料方式以及夾具的使用方式已經(jīng)得到明顯簡(jiǎn)化，提高了生產(chǎn)效率，也降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。單單論這減少的1公斤，可能對(duì)于大家來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有什么感覺(jué)。但是對(duì)于一輛1300公斤重的轎車(chē)來(lái)說(shuō)，用鋁制車(chē)身就可以減輕高達(dá)130公斤的重量。

     鋁制車(chē)身的出現(xiàn)，使得人們的視線逐漸轉(zhuǎn)移到了鋁合金上來(lái)，相比鋼鐵來(lái)說(shuō)，除了輕之外，鋁合金還有沒(méi)有什么突出的特點(diǎn)與性能呢？

變極性等離子弧焊（Variable Polarity Plasma Arc Welding簡(jiǎn)稱(chēng)VPPAw）是一種新型、經(jīng)濟(jì)的焊接方法，在鋁合金的焊接方面得到廣泛應(yīng)用。

1 變極性等離子焊接簡(jiǎn)介變極性等離子焊接（Variable Polarity Plasma Arc Welding簡(jiǎn)稱(chēng)VPPAW）使用特殊設(shè)計(jì)的焊接電源和控制系統(tǒng)，通過(guò)極性的可控變換，可以獲得正接時(shí)間較長(zhǎng)，反接時(shí)間較短且電流值分別可調(diào)的電流波形。一般來(lái)說(shuō)在約束環(huán)境下，水平管仰焊接頭部位可采用交叉接頭法，有利于焊縫質(zhì)量的保證，避免氣孔的產(chǎn)生。在工件接電源正極的時(shí)段中，焊槍可以有效地加熱工件，此時(shí)鎢極不會(huì)發(fā)生過(guò)熱；而在工件接電源負(fù)極的時(shí)段內(nèi)，則可以利用“陰極霧化”作用清理焊接區(qū)的氧化物。通過(guò)控制正、反極性時(shí)的電流大小以及變換頻率，還可以調(diào)節(jié)熔透情況和陰極霧化清理的強(qiáng)度。圖1表示了一個(gè)變極性等離子焊接現(xiàn)場(chǎng)的情形。

在研究陰極清理作用的影響因素時(shí)，發(fā)現(xiàn)工件接負(fù)極時(shí)段內(nèi)電流大小的影響遠(yuǎn)大于時(shí)段長(zhǎng)短的影響，此時(shí)段內(nèi)的電流越大，陰極清理的效果越好；而延長(zhǎng)此時(shí)段的時(shí)間，陰極清理寬度的增加則很有限。（2）出現(xiàn)咬邊可能為焊接參數(shù)選擇不當(dāng)、焊槍角度或焊槍位置不對(duì)，可適當(dāng)調(diào)整功率的大小來(lái)改變焊接參數(shù)，調(diào)整焊槍的姿態(tài)以及焊槍與工件的相對(duì)位置。圖2表示了使用該法焊接鋁合金時(shí)的電流波形，由圖中可見(jiàn)，當(dāng)工件為負(fù)時(shí)采用短時(shí)間、大電流；電極為負(fù)時(shí)則用長(zhǎng)時(shí)間、較小電流。該方法很好地解決了焊接鋁及鋁合金時(shí)清除氧化膜和防止電極燒損之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的連續(xù)焊接。

2 變極性等離子焊接的特點(diǎn)變極性等離子焊接具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：

①溫度高，能量集中，焊接熔深大，對(duì)中厚鋁合金板，不開(kāi)坡口單面焊雙面成形，保證熔透。

②焊前不需清理，變極性等離子弧的陰極清理作用可將污染物沖走，去除氧化膜效果好。

③焊縫氣孔率低，金屬熔池內(nèi)的氣體能通過(guò)小孔全部排出，清除氣孔比較徹底。

④焊縫正反面受熱比較均勻，焊接熱影響區(qū)窄，工件變形小。

⑤焊接層數(shù)少，焊縫寬度窄，焊材消耗量小，生產(chǎn)、成本低。

⑥鎢極縮在噴嘴內(nèi)不與工件接觸，減少鎢極損耗，并防止焊縫金屬夾鎢。

⑦焊縫接頭力學(xué)性能好，x射線探傷合格率高，焊接質(zhì)量更有保證。

3 變極性等離子焊接設(shè)備①等離子焊接電源；

②等離子焊槍?zhuān)?

③自動(dòng)送絲系統(tǒng)；

④控制系統(tǒng)；

⑤智能溫控水箱。

4 變極性等離子焊接的應(yīng)用 美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行局（NASA）早曾使用常規(guī)的直流TIG正接焊接方法制造火箭外部燃料儲(chǔ)罐，這種鋁合金儲(chǔ)罐有多種不同的尺寸，其中一種的直徑為8.717m、長(zhǎng)46.939m，可裝載530m3的液氧以及1438m3的液氫，曾用于土星號(hào)登月火箭。如果現(xiàn)在提起焊接，那么肯定也會(huì)有一些消費(fèi)者對(duì)此不是十分的了解。盡管焊前的接頭準(zhǔn)備十分充分，但是仍然經(jīng)常出現(xiàn)焊縫氣孔等缺陷。1978年，NASA決定采用由美國(guó)波音公司的B.P.VanCleave等在20世紀(jì)60年代末就已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的變極性等離子焊接方法取代TIG焊，用于該儲(chǔ)罐的焊接，使焊接質(zhì)量得到了明顯的提高。20世紀(jì)80年代波音公司也曾用變極性等離子焊接方法焊接了大量鋁合金筒體結(jié)構(gòu)的環(huán)縫，并對(duì)其焊接工藝、設(shè)備及質(zhì)量控制等進(jìn)行了一系列研究，推動(dòng)了這種方法的完善。目前，變極性等離子焊接方法已在鋁合金結(jié)構(gòu)件的制造中獲得了廣泛的應(yīng)用，成為一種很有發(fā)展前景的焊接方法。

該方法很適合于鋁及鋁合金的小孔法焊接。）用于飛機(jī)制造業(yè)，適用于制造飛機(jī)大梁、框架桁條、接頭、蒙皮、起落架和高強(qiáng)度的受壓件等。對(duì)于用TIG方法需要開(kāi)坡口且多次焊接的焊縫，用變極性等離子焊接方法中可直接采用I形坡口，焊接一道焊縫既可，這可減少焊前坡口準(zhǔn)備工作量，提高了工作效率。極性變換帶來(lái)的熔池?cái)嚢枳饔糜欣跉怏w的逸出和雜質(zhì)的排除，焊縫缺陷少、焊道窄且變形小。該方法可以在平、橫、立向上和立向下各種位置上焊接。

多年來(lái)，NASA對(duì)變極性等離子焊接方法進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值分析工作，包括對(duì)小孔焊接過(guò)程中能量的分布與損失、焊縫外形的成形規(guī)律、焊槍噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及各種焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量和速度的影響等等，為這種方法在航天工程中的應(yīng)用提供有價(jià)值的資料。具體操作可采用先焊管的一端，而后再焊另一端的角焊縫，最后采用中間填充。目前，我國(guó)也已對(duì)變極性等離子焊接方法開(kāi)展了一些研究。

立焊的焊接技巧和特點(diǎn)?

焊接特點(diǎn)：

 1.熔池金屬與熔渣因自重下墜，容易分離。

 2.熔池溫度過(guò)高時(shí)，熔池金屬易下淌形成焊瘤、

 咬邊、夾渣等缺陷，焊縫  不平整。

 3.T型接頭焊縫根部容易形成未焊透。

 4.熔透程度容易掌握。

 5.焊接生產(chǎn)率較平焊低。

焊接要點(diǎn)：

1.保持正確的焊條角度；

2.生產(chǎn)中常用的是向上立焊，向下立焊要用專(zhuān)用焊條才能保證焊縫質(zhì)量。向上立焊時(shí)焊接電流比平焊時(shí)小10~15%，且應(yīng)選用較小的焊條直徑（＜φ4mm）

3.采用短弧施焊，縮短熔滴過(guò)渡到熔池的距離。

4.采用正確的運(yùn)條方法。

（1）T型坡口對(duì)接（常用于薄板）向上立焊時(shí)，常用直線型、鋸齒形、月牙形運(yùn)條法施焊，弧長(zhǎng)不大于6mm。

（2）開(kāi)其他形式坡口對(duì)接立焊時(shí)，焊縫常采用斷焊焊、擺幅不大的月牙型、三角形運(yùn)條焊接。其后各層可用月牙形或鋸齒形運(yùn)條方法。

（3）T型接頭立焊時(shí)，焊條應(yīng)在焊縫兩側(cè)及頂角有適當(dāng)?shù)耐Ａ魰r(shí)間，焊條擺動(dòng)幅度應(yīng)不大于焊縫寬度，運(yùn)條操作與其他坡口形式的立焊相似。

（4）焊接蓋面層時(shí)，焊縫表面形狀決定于運(yùn)條方法。焊縫表面要求稍高的可以選用月牙形運(yùn)條；表面平整的可采用鋸齒形運(yùn)條（中間凹形與停頓時(shí)間有關(guān)）。

鋁合金鑄造工藝性能，通常理解為在充滿鑄型、結(jié)晶和冷卻過(guò)程中表現(xiàn)為突出的那些性能的綜合。流動(dòng)性、收縮性、氣密性、鑄造應(yīng)力、吸氣性。鋁合金這些特性取決于合金的成分，但也與鑄造因素、合金加熱溫度、鑄型的復(fù)雜程度、澆冒口系統(tǒng)、澆口形狀等有關(guān)。

1 流動(dòng)性

流動(dòng)性是指合金液體充填鑄型的能力。生產(chǎn)中常用的是向上立焊，向下立焊要用專(zhuān)用焊條才能保證焊縫質(zhì)量。流動(dòng)性的大小決定合金能否鑄造復(fù)雜的鑄件。2 收縮性收縮性是鑄造鋁合金的主要特征之一。一般講，合金從液體澆注到凝固，直至冷到室溫，共分為三個(gè)階段，分別為液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮。合金的收縮性對(duì)鑄件質(zhì)量有決定性的影響，它影響著鑄件的縮孔大小、應(yīng)力的產(chǎn)生、裂紋的形成及尺寸的變化。通常鑄件收縮又分為體收縮和線收縮，在實(shí)際生產(chǎn)中一般應(yīng)用線收縮來(lái)衡量合金的收縮性。

鋁合金收縮大小，通常以百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，稱(chēng)為收縮率。

3 熱裂性

鋁鑄件熱裂紋的產(chǎn)生，主要是由于鑄件收縮應(yīng)力超過(guò)了金屬晶粒間的結(jié)合力，大多沿晶界產(chǎn)生從裂紋斷口觀察可見(jiàn)裂紋處金屬往往被氧化，失去金屬光澤。裂紋沿晶界延伸，形狀呈鋸齒形，表面較寬，內(nèi)部較窄，有的則穿透整個(gè)鑄件的端面。

不同鋁合金鑄件產(chǎn)生裂紋的傾向也不同，這是因?yàn)殍T鋁合金凝固過(guò)程中開(kāi)始形成完整的結(jié)晶框架的溫度與凝固溫度之差越大，合金收縮率就越大，產(chǎn)生熱裂紋傾向也越大，即使同一種合金也因鑄型的阻力、鑄件的結(jié)構(gòu)、澆注工藝等因素產(chǎn)生熱裂紋傾向也不同。以上是對(duì)焊接加工廠家在未來(lái)發(fā)展當(dāng)中所需要面臨的問(wèn)題，我們?cè)谏町?dāng)中也需要多加注意這些問(wèn)題，當(dāng)然焊接加工技術(shù)也需要不斷的更新。生產(chǎn)中常采用退讓性鑄型，或改進(jìn)鑄鋁合金的澆注系統(tǒng)等措施，使鋁鑄件避免產(chǎn)生裂紋。通常采用熱裂環(huán)法檢測(cè)鋁鑄件熱裂紋。

4 氣密性

鑄鋁合金氣密性是指腔體型鋁鑄件在高壓氣體或液體的作用下不滲漏程度，氣密性實(shí)際上表征了鑄件內(nèi)部組織致密與純凈的程度。

鑄鋁合金的氣密性與合金的性質(zhì)有關(guān)，合金凝固范圍越小，產(chǎn)生疏松傾向也越小，同時(shí)產(chǎn)生析出性氣孔越小，則合金的氣密性就越高。（2）達(dá)到細(xì)顆粒過(guò)渡的電流和電壓范圍：焊絲直徑（mm）電流下限值（A）電弧電壓（V）1。同一種鑄鋁合金的氣密性好壞，還與鑄造工藝有關(guān)，如降低鑄鋁合金澆注溫度、放置冷鐵以加快冷卻速度以及在壓力下凝固結(jié)晶等，均可使鋁鑄件的氣密性提高。也可用浸滲法堵塞泄露空隙來(lái)提高鑄件的氣密性。

5 鑄造應(yīng)力

鑄造應(yīng)力包括熱應(yīng)力、相變應(yīng)力及收縮應(yīng)力三種。各種應(yīng)力產(chǎn)生的原因不盡相同。

6 吸氣性

鋁合金易吸收氣體，是鑄造鋁合金的主要特性。液態(tài)鋁及鋁合金的組分與爐料、有機(jī)物燃燒產(chǎn)物及鑄型等所含水分發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生的氫氣被鋁液體吸收所致。

鋁合金熔液溫度越高，吸收的氫也越多；在700℃時(shí)，每100g鋁中氫的溶解度為0.5～0.9，溫度升高到850℃時(shí)，氫的溶解度增加2～3倍。當(dāng)含堿金屬雜質(zhì)時(shí)，氫在鋁液中的溶解度顯著增加。