劉新新

（湘潭電機股份有限公司結構件事業(yè)部，湖南 湘潭 411101）

鋁合金是現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)常用的金屬材料，不僅強度與鋼相當，而且密度遠低于鋼。然而，鋁合金可焊性一般較差，采用常規(guī)焊接方法難以保證焊接效果與質量，所以鋁合金焊接越來越多的采用雙脈沖MIG焊工藝，而想要達到預期效果，需以正確規(guī)范的工藝設計為前提。

1 鋁合金綜合性能與雙脈沖MIG焊

1.1 鋁合金綜合性能

鋁是呈銀白色金屬光澤的輕金屬，有著很高的導電率，只比金、銀、銅差，排在所有金屬的第四位，而且對于純鋁，且熱導率可以達到鋼的2倍以上，而且鋁的密度還很小。鋁合金雖然密度較低，但強度很高，與優(yōu)質鋼十分接近，具有良好塑性，能通過加工制成多種型材，抗蝕性、導電性及導熱性均良好，在當代工業(yè)領域得到廣泛應用，實際用量僅次于鋼。除此之外，還有一些鋁合金能通過熱處理得到符合要求的抗腐蝕性能、機械性能與物理性能。鋁、鋁合金主要物理性能如表1所示。

1.2 焊接性

焊接性即金屬對于焊接的適應性，也可稱之為可焊性?？珊感阅艹浞址从吵瞿撤N金屬在焊接過程中獲得理想焊接接頭的難易性?？珊感赃€可細分成工藝焊接性與使用焊接性。一般對金屬可焊性會造成影響的常見因素包括以下幾種。

（1）金屬材料類型、性質與特點。

（2）設計方面的因素。

（3）工藝方面的因素。

（4）環(huán)境因素。

在對金屬可焊性進行分析時，碳當量是一項十分重要的分析指標，一般采用以下公式計算得出：

式（1）中，表示碳當量；C表示碳元素含量；Mn表示錳元素含量；Ni表示鎳元素含量；Cr表示鉻元素含量；Cu表示銅元素含量；V表示釩元素含量。

根據(jù)LY19（2219）各項性質與特征，采用式（1）對其碳當量進行計算，結果為0.48%，說明其可焊性相對較差，對焊接方式有較高要求，必須選擇正確焊接方式，只有這樣才可以有效保證質量。

1.3 焊接方法

對雙脈沖MIG焊而言，它除了能得到魚鱗狀外觀，還能大幅提高實際生產(chǎn)率，對減小氣孔率及改善焊縫組織等均有重要作用。同時，考慮到LY19（2219）的碳當量只有0.48%，對焊接方式有著極高的要求，為保證焊接質量，達到理想的效果，應采用雙脈沖MIG焊。

2 基于雙脈沖MIG焊的鋁合金焊接工藝設計

2.1 試驗材料與方法

采用基于試驗的方法驗證這種焊接方式對鋁合金焊縫造成的影響，從而完成工藝設計，以達到理想的焊接效果。本次試驗主要采用LY19（2219）作為母材，其厚度為8mm，將熱處理狀態(tài)確定為T6態(tài)，分別進行固溶處理與時效處理。試驗材料的焊接主要使用由德國CLOOS公司研制的Qunito 503MIG焊機，焊絲選用ER2319，其直徑為1.6mm，將氬氣作為保護氣體，純度為99%。試驗材料各化學成分的質量分數(shù)為：Cu—6.28%、Mn—0.30%、Ti—0.048%、Zr—0.12%、V—0.07%、Fe—0.22%、Si—0.08%；焊絲各化學成分的質量分數(shù)為：Cu—5.96%、Mn—0.30%、Ti—0.17%、Zr—0.12%、V—0.06%、Fe—0.14%、Si—0.04%。

表1 鋁、鋁合金主要物理性能

在焊接過程中，先在試驗材料的表面進行堆焊，期間觀察焊縫與硬度實際變化，以此選定適宜的工藝參數(shù)。然后以正確工藝參數(shù)進行焊接，將坡口形式確定為“X”形，呈80°。焊接后使用光學顯微鏡對焊縫進行仔細觀察，再檢測焊縫實際硬度，將荷載確定為10kg，借助AG-250KNE電子拉伸實驗儀對接頭進行拉伸試驗。

2.2 結果與分析

2.2.1 試驗結果

經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，雙脈沖MIG焊過程中，如果低頻脈沖參數(shù)發(fā)生變化，則焊縫的組織與成型均會受到影響。基于此，分別將低頻脈沖的時間與頻率，以及高、低頻脈沖的峰值電壓實際差值視作進行正交試驗分析的元素，用于明確焊縫性能與組織受脈沖參數(shù)及其變化的影響。因焊縫晶粒大小對焊縫整體機械性能有直接影響，同時硬度還能真實反映出機械性能情況，所以將硬度視作判斷焊縫性能能夠達到要求的標準。以正交表的既定排序規(guī)律作為依據(jù)，確定正確的試驗順序及表頭，如表2所示。

表2 正交試驗水平表

雙脈沖MIG焊過程中，使高頻脈沖參數(shù)始終保持不變，具體的脈沖參數(shù)包括：

（1）脈沖頻率f為210Hz。

（2）脈沖時間t為2ms。

（3）基值電流為80A。

（4）峰值電壓為29.8V。

（5）送絲速度為5.2m/min。

試驗結果為：

（1）峰值電壓實際差值為3V。

（2）第二脈沖頻率為6Hz。

（3）第二脈沖時間為3ms。

（4）硬度為128.4HV。

接頭拉伸試驗結果為：

（1）單脈沖工藝條件下：①抗拉強度為296.4MPa；②屈服強度為191MPa；③延伸率為4.7%；④斷面收縮率為19.7%。

（2）雙脈沖工藝條件下：①抗拉強度為298.8MPa；②屈服強度為193.9MPa；③延伸率為5.0%；④斷面收縮率為23.8%。

其中，延伸率的計算公式為：

上式中，ΔL 表示材料拉伸斷裂后標距段總變形；L表示原標距長度。

2.2.2 結果分析與討論

對以上試驗結果進行分析，可得以下結果。

（1）經(jīng)正交試驗，可確定采用雙脈沖MIG焊對LY19（2219）進行焊接時，應將各項工藝參數(shù)確定如下：①峰值電壓實際差值—3V；②第二脈沖頻率—6Hz；③第二脈沖時間—3ms。（2）在進行雙脈沖焊接的過程中，峰值電壓發(fā)生的具有一定周期性的實際變化，會為熔池液體提供攪拌作用，使焊縫組織被細化，從而增強焊縫強度與塑性。

3 結語

綜上所述，采用雙脈沖MIG焊對LY19（2219）進行焊接是可行的，只要工藝參數(shù)正確，即可達到理想的焊接效果，焊縫組織良好、強度大，接頭各項指標符合設計要求。

參考文獻：

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