黃 丹，蒲 磊

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007；2.東風(fēng)柳州汽車有限公司，廣西 柳州545005）

純鋁比重為2.7 g/cm3，純鎂比重為1.4 g/cm3，而鋁鎂合金比重介于兩者之間，僅為碳鋼比重的1/3。汽車自身質(zhì)量的大小是影響燃油經(jīng)濟(jì)性的最重要因素之一，汽車質(zhì)量減輕10%，油耗可降低8%~9%。在能源日趨緊張的今天汽車降重成了各汽車廠商的技術(shù)發(fā)展方向。為此采用鋁鎂合金替代碳鋼來(lái)生產(chǎn)貯氣筒，從而實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化。本文深入分析了鋁鎂合金貯氣筒的焊接性，制定了鋁鎂合金貯氣筒的焊接工藝，詳細(xì)介紹了焊接所采用的焊接方法、焊接電源、焊接工藝參數(shù)、焊前焊后處理及操作要點(diǎn)等。

1 鋁鎂合金的焊接性分析

鋁鎂合金熔點(diǎn)（約為455~602℃）較低，但鋁鎂合金在高溫下，由于和氧的親和力強(qiáng)，在空氣中很容易與氧化合成高熔點(diǎn)的氧化膜（約為2 050℃）覆蓋熔池，嚴(yán)重的妨礙母材和填充金屬的熔合，從而在焊縫中易產(chǎn)生氧化物夾雜、未熔合、氣孔等缺陷。同時(shí)薄壁的鋁鎂合金輕量化貯氣筒焊接時(shí)由于高熔點(diǎn)氧化物覆蓋熔池，溫度不易控制，焊縫易產(chǎn)生燒穿和下塌現(xiàn)象，影響焊縫品質(zhì)和產(chǎn)品的外觀及性能。

鋁鎂合金的比重介于純鋁和純鎂之間，但氧化鎂的比重為3.2 g/cm3，在焊接過(guò)程中形成的氧化鎂混在在比重較輕的熔融合金熔液中不易被排出，易使焊縫存在夾渣，導(dǎo)致焊縫的強(qiáng)度無(wú)法滿足產(chǎn)品性能的需求。

鋁鎂合金熔點(diǎn)低，易熔化，但其比熱和熔化潛熱大，導(dǎo)熱率大，局部加熱較困難，焊接時(shí)必須采用能量適中，功率較大的焊接設(shè)備，使其有較大的熱源。

鋁鎂合金在高溫下的強(qiáng)度和塑性低，易產(chǎn)生塌陷現(xiàn)象，又因鋁鎂合金從固態(tài)到液態(tài)時(shí)顏色無(wú)明顯變化，因此對(duì)于焊接操作人員的技術(shù)要求高。且鋁鎂合金膨脹系數(shù)大，約為鋼的三倍，在焊接過(guò)程中易產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。

2 鋁鎂合金輕量化貯氣筒的焊接技術(shù)

2.1 鋁鎂合金貯氣筒的工序流程

鋁鎂合金貯氣筒呈圓筒形，一般由兩個(gè)端蓋和本體焊接而成。端蓋一般為半球形，上面焊接有管接頭座；本體為圓筒形，上面焊接有數(shù)個(gè)管接頭座。工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程簡(jiǎn)圖

由圖1的工藝流程圖可知，在鋁鎂合金貯氣筒的工藝難點(diǎn)和重點(diǎn)為焊接工序，尤其是筒體的直縫焊和端蓋外環(huán)焊。

2.2 焊接材料的選用

（1）焊絲

在焊接時(shí)，焊絲是影響焊縫金屬成分、組織、液相線溫度、固相線溫度、焊縫金屬及近縫區(qū)母材的抗熱烈性 耐腐蝕性及常溫或高低溫下力學(xué)性能的重要因素。鋁鎂合金的焊接性較差，熔焊時(shí)出現(xiàn)裂紋、焊縫及焊接接頭力學(xué)性能欠佳或焊接結(jié)構(gòu)出現(xiàn)脆性斷裂，因此選用合適的焊絲對(duì)于焊接結(jié)構(gòu)非常重要。

在選用焊絲時(shí)，對(duì)于焊絲性能的要求是多方面的，即

一是，在焊接時(shí)生成焊接裂紋的傾向低；

二是，在焊接時(shí)生成焊縫氣孔的傾向低；

三是，焊縫及焊接接頭的力學(xué)性能（強(qiáng)度、延性）好；

四是，焊縫及焊接接頭在使用環(huán)境條件下的耐蝕性能好；

五是，焊縫金屬表面顏色與母材表面顏色能相互匹配[1]。

針對(duì)焊絲的性能表現(xiàn)及其適用性和預(yù)定用途聯(lián)系起來(lái)，選用的焊絲是高M(jìn)g含量的ER5356焊絲。

（2）保護(hù)氣體

在氣體保護(hù)下焊接鋁鎂合金時(shí)，只能采用惰性氣體，選用的氬氣純度（體積分?jǐn)?shù)）不低于99.99%。不僅氬氣的純度至關(guān)重要，而且氬氣的流量也對(duì)焊接品質(zhì)產(chǎn)生影響。如果氬氣的流量過(guò)大,會(huì)產(chǎn)生一種紊流現(xiàn)象，易將空氣卷入，從而降低氬氣的純度,增加氣孔的機(jī)會(huì)。同時(shí)由于流速過(guò)大，還會(huì)加速熔池的冷卻速度，不利于氫的逸出，還會(huì)出現(xiàn)電弧不穩(wěn)，使熔池?zé)o法保持足夠的溫度，造成組織凍結(jié)，產(chǎn)生氣孔和未熔合等。反之，如果氬氣流量過(guò)小，會(huì)使保護(hù)氣體力度不夠，使周圍空氣大量涌入，從而產(chǎn)生大量氣孔，使焊縫變黃、產(chǎn)生裂紋等[2]。

2.3 焊接工藝及控制措施

（1）焊接電源

焊接電源采用的是Fromius TPS4000，其一種具有完美焊接特性的全數(shù)字化焊機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)飛濺起弧，當(dāng)開(kāi)始焊接時(shí)，焊絲緩慢向工件輸送，接觸的一瞬間停止，然后小電流引弧，焊絲回抽，當(dāng)達(dá)到了設(shè)定的弧長(zhǎng)時(shí)，按已設(shè)定的送絲速度進(jìn)行送絲，一旦焊接參數(shù)已經(jīng)優(yōu)化設(shè)置好，則焊接過(guò)程就可100%的重復(fù)實(shí)現(xiàn)。

（2）焊接工藝參數(shù)

降低電弧電壓，增大焊接電流，降低焊接速度，有利于減小焊接熔池溶解的含氫量，延長(zhǎng)液態(tài)熔池存在時(shí)間，減緩熔池冷卻速度，便于氫氣泡的逸出，減少焊縫氣孔。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)優(yōu)選，找出的最佳焊接工藝參數(shù)如表1所示。

表1 工藝參數(shù)表

（3）焊前處理

鋁鎂合金在焊接時(shí)容易產(chǎn)生氣孔，因此鋁鎂合金焊接時(shí)對(duì)于母材的表面清潔度高，為此需對(duì)鋁鎂合金焊前進(jìn)行處理。應(yīng)采用清洗液進(jìn)行清洗，去除母材表面油污，保證焊縫的質(zhì)量滿足要求。

（4）焊接過(guò)程

引?。河捎阡X鎂合金和氧的親和力強(qiáng)，在空氣中很容易與氧化合成高熔點(diǎn)的氧化膜（約為2 050℃），覆蓋熔池，嚴(yán)重的妨礙母材和填充金屬的熔合，因此在引弧時(shí)要提前20~30 s送保護(hù)氣體以排除焊接區(qū)域的空氣。由于鋁鎂合金的熔點(diǎn)低，為了保證焊縫質(zhì)量均勻，需要在引弧位置使用引弧板，起到對(duì)母材焊接有預(yù)熱的作用。

焊接：薄壁的鋁鎂合金輕量化貯氣筒焊接時(shí)由于高熔點(diǎn)氧化物覆蓋熔池，溫度不易控制，焊縫易產(chǎn)生燒穿和下塌，同時(shí)又因鋁鎂合金從固態(tài)到液態(tài)時(shí)顏色無(wú)明顯變化，因此對(duì)于焊接過(guò)程中的操作要求高。筒體直縫焊時(shí)采用的是平板對(duì)接的形式，焊接的方法采用左向焊法，焊槍均勻平穩(wěn)的向前直線移動(dòng)，焊接操作過(guò)程中要保持焊槍與母材的角度為70°~80°。端蓋外環(huán)焊時(shí)工件的接頭為搭接，采用的是工件旋轉(zhuǎn)焊槍位置保持不變，焊接操作過(guò)程中要保持焊槍與母材的角度為70°~80°。

收?。汉附又袛嗷蚪Y(jié)束時(shí)，為了防止產(chǎn)生弧坑或縮孔，收弧處要多填充一些金屬，然后再使焊接電流逐漸衰減，斷弧后，氬氣要持續(xù)5~8 s，以防止高溫時(shí)熔敷金屬被氧化，影響焊縫質(zhì)量及外觀。

（5）焊后處理

鋁鎂合金輕量化貯氣筒表面有一層致密的氧化物薄膜，具有防銹和美觀的作用，因此成品無(wú)須進(jìn)行涂裝。在對(duì)鋁鎂合金焊后需進(jìn)行處理，采用擦拭液進(jìn)行擦拭，清理焊縫兩側(cè)的黑色物質(zhì)，保證產(chǎn)品外觀品質(zhì)。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析鋁鎂合金貯氣筒的焊接特性，對(duì)鋁鎂合金焊接材料的焊絲的選用（牌號(hào)、直徑），焊接規(guī)范的工藝參數(shù)（焊接電流、焊接電壓、氣體流量、焊槍角度和保護(hù)氣體Ar氣的純度）、焊接方法進(jìn)行辛勤探索研究，制定出一整套鋁鎂合金貯氣筒特有的焊接規(guī)范，保證了焊接品質(zhì)要求。

[1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)：第2卷[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2]王宗杰.熔焊方法及設(shè)備[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.