喬 卓，李 周

(1.中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙 410083; 2.株洲聯(lián)誠集團有限責(zé)任公司，湖南株洲 421001)

鋁及鋁合金由于具有質(zhì)量輕、強度高和優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性及耐腐蝕性等特點，廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、化工等行業(yè)［1～3］。在鋁合金產(chǎn)品的制造中焊接是重要的一種加工工藝，而鎢極氬弧焊因其焊接特點，廣泛應(yīng)用于碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鋁及合金等金屬的焊接，特別是薄板的焊接［4］。

目前的地鐵車輛用鋁合金線槽的成分主要為AlMg4.5Mn0.7，其厚約為2 mm，其焊接接頭的的表面質(zhì)量和焊縫區(qū)的熔合性是其考核的關(guān)鍵。圖1為現(xiàn)有車體鋁合金線槽塞焊的焊絲填充示意圖。由于薄板鋁合金焊接是非常困難的，生產(chǎn)研究試制結(jié)果表明目前的焊接工藝存在一些缺點:工作試件熔深一直達不到要求，曾出現(xiàn)塞焊熔合不好，焊縫部分脫落的現(xiàn)象;焊縫突起比較高，需要將突起的焊縫打磨平整才可進行后續(xù)的裝配;由于設(shè)計的塞焊本身的焊縫接頭特點:塞焊孔下陷0.5 mm，但焊接整體空間為2.5 mm，間隙只有0.5 mm，導(dǎo)致焊縫的熔深不夠，影響了焊接質(zhì)量;為了避免電流過小而熔深不夠，填充焊絲焊接的電流比較大，導(dǎo)致板材容易焊穿，形成背部焊瘤，需要清除，非常不利于生產(chǎn)。

因此，試驗開發(fā)了一種新的鎢極氬弧焊焊接工藝，并在試件上進行了應(yīng)用。

圖1 現(xiàn)有工藝焊絲填充示意圖

1 工藝方法設(shè)計

改進工藝的焊絲填充示意圖如圖2所示。如圖所示，采用突出的母材代替焊絲作為填料以降低焊接成本，同時控制母材突出部分的尺寸以達到控制焊縫突起部分尺寸，使得焊后不需打磨焊縫，從而可以提高工作效率，同時采取增大塞焊的焊接間隙的方法，增大熔液的流動空間，以達到增大焊縫熔深;另外降低焊接電流以減輕焊接變形，并使得焊接后的焊穿現(xiàn)象減少。

圖2 改進工藝焊絲填充示意圖

通過上述方法進行焊接的時候，需要對實驗合金進行不同工藝參數(shù)的試驗，實驗從兩方面進行參數(shù)調(diào)整，以獲得最佳的焊接效果。一方面，從填充材料的需要考慮，為了使焊縫既不會有填充不夠的現(xiàn)象又不會有填充突出過高導(dǎo)致的后果，適當(dāng)?shù)卦O(shè)計塞焊板材的突出尺寸;另一方面，從增大焊縫的熔深需要考慮，適當(dāng)設(shè)計塞焊板材的焊縫間隙尺寸以加大焊縫的間隙。表1為焊接試驗樣板的尺寸。

表1 焊接試驗樣板的尺寸

2 實驗方法

采用Fronius Magic Wave 3000設(shè)備進行鎢極惰性氣體保護焊，001號樣件焊絲為SG－AlMg4.5MnZr (ER5087)。對于焊接間隙為0.5 mm的001號、002號、003號和004號樣件，電流采用100 A;對于焊接間隙有所增大的 005號、006號樣件，電流采用90 A。

3 結(jié)果與討論

焊接試驗后樣品焊接處的外觀照片如圖3所示，001號樣件為現(xiàn)有工藝圖紙設(shè)計的焊縫制備狀態(tài)，由圖3可見，焊縫凸起較高，需要打磨;002號和004號樣件焊后外觀沒達到理想焊縫突起高度(焊縫理想值應(yīng)突起0～0.5 mm，焊縫有下凹的現(xiàn)象)，006號樣件由于焊縫間隙比較寬產(chǎn)生了焊穿現(xiàn)象，焊接操作控制也比較困難(在試板焊接的時候由于焊縫下凹，在焊縫的尾部不得不進行焊絲填充)，這三份樣件確定為非成功試驗樣件;003號和005號樣件從外觀及實際焊接的可操作性來分析，為成功試驗樣件。

將外觀比較好的003號和005號樣件，以及模仿原始條件的001號樣件進行了熔深觀察，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知:001號的熔深好于003號，005號的熔深好于001號，確定005號在幾組試驗樣板中熔深最好。

由上可知，005號樣板無論從外觀還是從焊縫的熔深上，都達到了很好的效果，故可以選用005號樣板的實驗參數(shù)作為實際生產(chǎn)用的工藝參數(shù)。

圖3 焊接后樣件外觀(a)－001號;(b)－002號;(c)－003號; (d)－004號;(e)－005號;(f)－006號

圖4 熔深觀察(a)－001號;(b)－003號，(c)－005號

4 結(jié)論

本文采用塞焊無焊絲填充工藝焊接車體鋁合金線槽，其最佳參數(shù)為突出高度1.5 mm、間隙1 mm，電流90 A。此工藝在原有的工藝基礎(chǔ)上節(jié)約了焊絲，明顯提高了焊接質(zhì)量，減少了熱輸入，降低了生產(chǎn)成本。同時，由于其降低了產(chǎn)品的焊后變形及減少了背部焊穿現(xiàn)象的發(fā)生，減少了后續(xù)處理的打磨工作量，從而提高了工作效率。由此可見，此工藝可廣泛應(yīng)用于同類產(chǎn)品的實際生產(chǎn)，并可取得良好的經(jīng)濟效益。

［1］ 田榮璋，王祝棠.鋁合金及其加工手冊(第二版)［M］.長沙:中南大學(xué)出版社，2000.

［2］ 張海永，林紅吉，孟憲林.噴砂處理對鋁合金性能的影響［J］.材料開發(fā)與應(yīng)用，2010，25(5):39－41.

［3］ 袁翔，婁永剛.建筑鋁合金表面處理技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.湖南有色金屬，2012，28(3):53－56.

［4］ 李建鋼.鋁及鋁合金的手工鎢極氬弧焊操作實踐［J］.包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2005，6(3):15－16.