高品質(zhì)鋁合金焊絲焊接穩(wěn)定性關(guān)鍵技術(shù)研究

鄭宏偉　王東　張世全

摘 要：在MIG焊過程中，送絲穩(wěn)定性差是引起各類焊接問題及焊接缺陷直接或間接原因。文章以Φ1.6 ER6356鋁合金焊絲為研究對象，通過理論分析及試驗(yàn)研究的方法分析了影響鋁合金焊絲焊接穩(wěn)定性的影響因素。研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)電嘴孔徑的選擇、焊絲的表面狀態(tài)、松弛直徑、翹距等對送絲穩(wěn)定性有較大影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，松弛直徑在500 ～700 mm范圍內(nèi)，翹距小于30 mm時，具有良好的送絲穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：MIG焊；鋁合金焊絲；送絲穩(wěn)定性；松弛直徑；翹距

中圖分類號：TG444+.74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）05-0007-02

1 背景概述

隨著鋁合金焊接構(gòu)件在機(jī)械制造、軌道交通、船舶、軍工及航空航天等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對鋁及鋁合金焊材需求量與日劇增[1-3]。我所自主研制開發(fā)的鋁合金焊絲質(zhì)量雖已有很大的提高，但在外觀質(zhì)量和內(nèi)在品質(zhì)方面與進(jìn)口焊絲還存在著較大差距，使我們的產(chǎn)品在市場上缺乏足夠的競爭力，在大型鋁合金關(guān)重件焊接方面依然無法批量投入使用。在勞動密集性極高的生產(chǎn)車間，因送絲穩(wěn)定性差而引起的停工與焊縫不合格現(xiàn)象，均會占用大量生產(chǎn)成本和時間。流暢的送絲穩(wěn)定性能與卓越的電弧穩(wěn)定性，能夠確保極低的焊接缺陷，大大提高勞動生產(chǎn)率[4，5]。因此，鋁合金焊絲焊接穩(wěn)定性的研究已成為該工程材料推廣應(yīng)用最為迫切的課題。

基于以上原因，通過對鋁合金焊絲各方面進(jìn)行深入細(xì)致的研究，對鋁合金焊絲實(shí)施質(zhì)量改進(jìn)。通過對生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，對焊接技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，最終提高鋁合金焊絲的送絲穩(wěn)定性。

2 送絲穩(wěn)定性差導(dǎo)致的焊接缺陷

通過對我所生產(chǎn)的6002盤ER5356焊絲焊接情況進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計，依據(jù)國內(nèi)外同類產(chǎn)品的焊接評定標(biāo)準(zhǔn)，對照我所生產(chǎn)焊絲的焊接評定表現(xiàn)，將不符合一級品焊絲的焊接評定標(biāo)準(zhǔn)時的產(chǎn)品定義為非一級品。對各種由送絲穩(wěn)定性引起的焊接問題及缺陷造成的非一級品進(jìn)行了統(tǒng)計分析。由送絲穩(wěn)定性差引起的焊接問題及缺陷主要有燒嘴，焊縫成形差，焊縫有氣孔，焊接飛濺，夾渣等。

各焊接問題及缺陷造成非一極品率結(jié)果，見表1。

從統(tǒng)計表可以看出，由焊絲送絲穩(wěn)定性差引起的燒嘴、氣孔、焊縫接頭、飛濺、裂紋等是導(dǎo)致產(chǎn)品成為非一級品的主要原因，因此解決焊絲送絲穩(wěn)定性成為本次研究主要目的。

3 送絲穩(wěn)定性的影響因素

3.1 焊絲導(dǎo)電嘴

導(dǎo)電嘴是熔化極焊接設(shè)備上的一個非常關(guān)鍵的零部件，導(dǎo)電嘴選擇的合適與否直接影響焊接焊接過程的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響焊接質(zhì)量。選擇導(dǎo)電嘴的原則是，一方面要確保導(dǎo)電嘴的導(dǎo)電性能，又要盡可能減小焊絲在導(dǎo)電嘴中的行進(jìn)路程，以減少送絲阻力，保證送絲的通暢。導(dǎo)電嘴孔徑太小，送絲阻力增大，容易引起送絲不暢，嚴(yán)重時發(fā)生堵絲現(xiàn)象；而導(dǎo)電嘴孔徑過大，則致使焊絲和導(dǎo)電嘴不能良好接觸，使導(dǎo)電性降低，甚至引起焊絲與導(dǎo)電嘴內(nèi)壁“打火”而粘連。其結(jié)果是使焊接質(zhì)量下降。導(dǎo)電嘴孔徑與焊絲直徑的匹配，見表2。

由于導(dǎo)電嘴始終與焊絲滑動接觸，所以在選擇導(dǎo)電嘴材料時，首先要考慮的是其導(dǎo)電性和耐磨性。比較常用的材料是鉻青銅、鎢青銅和紫銅等。為了增加其耐磨性和精度，可以采取冷鍛或冷擠壓工藝，以進(jìn)一步提高其硬度。

3.2 焊絲表面狀態(tài)的影響

在焊絲生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)工藝不合理或設(shè)備老化等原因，在焊絲表面往往會出現(xiàn)凹坑、劃痕、毛刺等缺陷，這些缺陷在焊接過程中會引起送絲不穩(wěn)定或者堵絲，同時，焊絲凹坑內(nèi)還可能留存一些油污雜質(zhì)，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量[6，7]。

針對上述缺陷，我所通過對光亮化工藝進(jìn)行仔細(xì)分析研究，認(rèn)為現(xiàn)行采用的刮削后經(jīng)水箱清洗的工藝焊絲表面的光潔度不夠，造成送絲穩(wěn)定性差。將表面光亮化工藝由刮削→清洗調(diào)整為刮削→清洗→刮削。表面光亮化工藝調(diào)整后，將水箱清洗后殘留在焊絲表面的少部分雜質(zhì)經(jīng)過刮削清除，提高了焊絲表面的光潔度，有效的改善了產(chǎn)品送絲穩(wěn)定性，工藝更改前后焊絲表面形態(tài)。

3.3 松弛直徑的影響

為了提高焊接送絲穩(wěn)定性，找出合適的松弛直徑范圍，在翹距為0的情況下，分別采用松弛直徑為300 mm、400 mm、 500 mm、600 mm、700 mm、800 mm、1 000 mmΦ1.6 ER5356鋁合金焊絲進(jìn)行MIG焊接試驗(yàn)，焊機(jī)型號為ESAB U5000i型半自動MIG焊機(jī)，焊槍及把線長度為3 m，焊接參數(shù)，見表3。

依次對不同松弛直徑下的Φ1.6 ER5356鋁合金焊絲進(jìn)行MIG焊接試驗(yàn)，結(jié)果表明：

當(dāng)松弛直徑為300 mm時，焊絲松弛直徑太小，送絲過程中與導(dǎo)絲管產(chǎn)生的作用力大，在送絲過程中焊槍有明顯抖動，送絲產(chǎn)生較大波動，導(dǎo)致焊接過程中會出現(xiàn)卡絲、斷弧等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量和工作效率。隨著松弛直徑的增加，送絲穩(wěn)定性逐漸改善，松弛直徑為500 mm時，送絲基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)，焊接過程穩(wěn)定，未出現(xiàn)卡絲、斷弧現(xiàn)象，松弛直徑為600 mm、700 mm時送絲穩(wěn)定性均良好，松弛直徑為800 mm時，雖然送絲穩(wěn)定性較好，但是由于松弛直徑較大，焊絲與導(dǎo)電嘴偶爾會出現(xiàn)接觸不良，導(dǎo)致焊絲干伸長度太大，甚至扎入到熔池內(nèi)部，松弛直徑達(dá)到1 000 mm時，焊絲與導(dǎo)電嘴接觸不良現(xiàn)象更為明顯。

綜上所述，焊絲松弛直徑太小，送絲過程中與導(dǎo)絲管產(chǎn)生的作用應(yīng)力大，影響送絲穩(wěn)定性，會導(dǎo)致焊接斷弧，焊接偏離焊縫等現(xiàn)象的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量；而松弛直徑太大則會導(dǎo)致焊絲與導(dǎo)電嘴接觸不良，致使焊絲扎入熔池內(nèi)部。因此，松弛直徑不宜過大或者過小，而應(yīng)介于一定范圍內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)果表明，松弛直徑在500～700 mm范圍內(nèi)時，具有良好的送絲穩(wěn)定性。

3.4 翹距的影響

與松弛直徑類似，焊絲翹距對于焊接穩(wěn)定性有著重要影響。為此，我們找到松弛直徑為600 mm，翹距分別為0，10 mm， 20 mm，30 mm，50 mm，100 mm的Φ1.6 ER5356焊絲進(jìn)行MIG焊接試驗(yàn)，焊接工藝參數(shù)見表3。

采用上述不同翹距的焊絲依次進(jìn)行焊接試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用翹距為0、10 mm、20 mm的焊絲試驗(yàn)時，送絲穩(wěn)定，焊接穩(wěn)定性良好；

采用翹距為30 mm的焊絲試驗(yàn)時，可以感覺到焊槍略有抖動，焊接穩(wěn)定性較好；

焊絲翹距為50 mm時，焊槍抖動明顯，易出現(xiàn)焊接斷弧，影響送絲穩(wěn)定性，同時，焊絲偏離噴嘴中心，焊點(diǎn)位置難以控制，嚴(yán)重影響焊縫成形質(zhì)量；

當(dāng)翹距達(dá)到100 mm時，由于翹距過大，使焊絲與導(dǎo)絲管的摩擦力進(jìn)一步增加，送絲波動較大，焊槍抖動更加明顯，焊絲嚴(yán)重偏離焊縫中心，焊縫成形差。

因此，在焊絲生產(chǎn)過程中，翹距應(yīng)控制在30 mm以下。

4 結(jié) 語

①將表面光亮化工藝由刮削→清洗調(diào)整為刮削→清洗→刮削。表面光亮化工藝調(diào)整后，將水箱清洗后殘留在焊絲表面的少部分雜質(zhì)經(jīng)過刮削清除，提高了焊絲表面的光潔度，有效的改善了產(chǎn)品送絲穩(wěn)定性。

②通過對不同松弛直徑的Φ1.6 ER5356鋁合金焊絲進(jìn)行MIG焊接試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，松弛直徑不宜過大或者過小，而應(yīng)介于一定范圍內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)果表明，松弛直徑在500～700 mm范圍內(nèi)時，具有良好的送絲穩(wěn)定性。

③在其他條件一致的情況下，對不同翹距的Φ1.6 ER5356鋁合金焊絲進(jìn)行MIG焊接試驗(yàn)，結(jié)果表明，在翹距小于30 mm時，焊絲送絲穩(wěn)定，焊縫成形良好；翹距大于50 mm時，由于焊絲與導(dǎo)絲管的摩擦力較大，使送絲過程中焊絲波動較大，送絲穩(wěn)定性變差。

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