鋁合金薄板MIG焊送絲速度優(yōu)化研究

陳剛輝，宋強(qiáng)，邱學(xué)勝，譚旺有，詹廣勁

（廣東南車軌道交通車輛有限公司，廣東江門529100）

鋁合金薄板MIG焊送絲速度優(yōu)化研究

陳剛輝，宋強(qiáng)，邱學(xué)勝，譚旺有，詹廣勁

（廣東南車軌道交通車輛有限公司，廣東江門529100）

為了提高軌道交通鋁合金車體生產(chǎn)的焊接效率和質(zhì)量，對鋁合金脈沖MIG焊接的送絲速度和焊接速度進(jìn)行了優(yōu)化研究。主要通過不同的焊接實(shí)驗(yàn)，根據(jù)焊接質(zhì)量等級要求的定義，對焊縫寬度、焊縫截面進(jìn)行了測定，得出了最優(yōu)化的焊接送絲速度和焊接速度，達(dá)到了提高焊接效率和質(zhì)量的目標(biāo)。

脈沖MIG焊；焊接速度；送絲速度；焊縫質(zhì)量

0　前言

鋁合金車體因具有耐腐蝕、質(zhì)量輕巧、外觀平整、材料可再生利用環(huán)保等特點(diǎn)，在軌道交通行業(yè)備受青睞，尤其是在動車組、高鐵車輛制造上具有其它材料不可替代的功能。近年來鋁合金車體得到了迅速的發(fā)展，在歐洲城市軌道交通車輛上鋁合金車體占有70%的市場份額，在世界高鐵車輛上其比例高達(dá)95%以上。鋁合金車體多數(shù)采用全焊接結(jié)構(gòu)，每輛車的焊縫長度超過2000米，是車輛的主要承載部件，與行車安全系數(shù)息息相關(guān)。提高焊接效率和質(zhì)量是鋁合金車體制造過程中當(dāng)前亟需解決的難題，焊接的效率和質(zhì)量主要受焊接電壓與電流、送絲速度、焊接速度、保護(hù)氣流量等工藝參數(shù)的影響。本文主要研究了薄板MIG焊送絲速度和焊接速度兩者之間的關(guān)系，得出了最優(yōu)的參數(shù)，提高了鋁合金車體生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。

1　MIG焊簡介

脈沖熔化極氬弧焊，簡稱“MIG”焊，因其具有熱功率大、線能量高、能量集中和保護(hù)效果好等工藝特點(diǎn)，在軌道交通鋁合金產(chǎn)品焊接行業(yè)得到了廣泛的運(yùn)用。MIG焊接是目前發(fā)展速度最快的一種弧焊工藝，起源于美國，1948年被首次應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。MIG焊通常被定義為絲狀電極的金屬極電弧焊，在焊接過程中，惰性氣體覆蓋住焊接區(qū)域，避免熔化金屬的氧化。焊接電弧的起弧過程為焊絲接觸導(dǎo)電嘴獲得電壓，和設(shè)備地線構(gòu)成焊接回流，使電弧能夠在焊絲端部和工件之間燃燒，焊接保護(hù)氣體通過噴嘴流出，覆蓋住焊接區(qū)域，形成焊接冶金過程，原理如圖1所示。

圖1　焊接原理示意圖

2　試驗(yàn)方法

2.1試驗(yàn)準(zhǔn)備

本次試驗(yàn)選取3種焊接速度對應(yīng)10種不同的送絲速度進(jìn)行研究，理論上應(yīng)做30組焊接試驗(yàn)，按照表1進(jìn)行焊接前的準(zhǔn)備工作，試件使用軌道交通車體廣泛使用的日系牌號A5083P-O板材，其化學(xué)成分如表2所示。

表1　焊接試驗(yàn)準(zhǔn)備

表2　A5083P-O板材化學(xué)成分（執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：JIS 4100-1999）

2.2試驗(yàn)步驟

（1）焊前分析及準(zhǔn)備。使用丙酮將板材焊縫周圍油污清理干凈，使用不銹鋼絲刷將待焊區(qū)域周圍20mm-30mm打磨至母材露出金屬光澤，且打磨后在4小時內(nèi)完成焊接。因?yàn)殇X及鋁合金表面容易形成一層致密而堅(jiān)硬的氧化膜，其熔點(diǎn)高達(dá)3000度以上，導(dǎo)電性很差，在焊接過程中會引起電弧不穩(wěn)和氣孔。另外，在母材表面的油污在高溫作用下也會導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生氣孔等缺陷，焊接示意圖如2所示。

圖2　焊接示意圖

圖3　焊縫寬度與焊縫性能關(guān)系

圖4　焊縫背透與焊縫性能關(guān)系

（2）焊接試驗(yàn)。在焊接工作臺上將板材進(jìn)行組裝并點(diǎn)固焊，如圖2所示，使用不銹鋼鋼絲碗刷將焊縫黑灰打磨干凈進(jìn)行滿焊，焊接參數(shù)按照表3所示依次進(jìn)行；焊接完成后再次將焊縫表面黑灰打磨干凈；為方便后續(xù)的測量，對每組試驗(yàn)的焊接試件進(jìn)行編號并用黑色油性記號筆做好標(biāo)記。

圖5　焊縫截面積與焊縫性能關(guān)系

表3　焊接工藝參數(shù)

（3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。本次試驗(yàn)通過焊縫外形及斷面融合情況對焊縫性能進(jìn)行評定，從而分析試驗(yàn)接頭焊縫性能與焊接速度和送絲速度三者之間的聯(lián)系，得出最優(yōu)化的焊接速度和送絲速度；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的定義，本次試驗(yàn)中2mm搭接接頭，當(dāng)焊縫寬度約為4.5mm，焊縫未透過背面，焊縫截面積約為9mm2時，焊縫系能系數(shù)最佳；焊縫寬度、背透寬度及焊縫截面積與焊縫性能關(guān)系分別如圖3、4、5所示。

使用鋼直尺測量記錄每組試件的焊縫正面和背透寬度；再使用臺式帶鋸加工焊縫截面，并用千葉片將截面打磨平整，使用10%的NaOH溶液腐蝕焊縫截面，約10min焊縫區(qū)域變?yōu)榘岛谏?，用清水將溶液清洗干凈，使用鋼直尺測量記錄每組試件的焊縫截面積。

3　試驗(yàn)結(jié)果

分別記錄每組不同焊接參數(shù)對應(yīng)的焊縫寬度、背透寬度及焊縫截面積數(shù)據(jù)，如表4所示，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的測量數(shù)據(jù)，根據(jù)圖3、4、5對應(yīng)的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)上進(jìn)行描點(diǎn)，記錄不同焊接速度、送絲速度情況下的焊縫性能系數(shù)值，如圖6所示。

表4　試件焊縫寬度

圖6　送絲速度和焊接速度與焊縫系能關(guān)系

4　結(jié)論

（1）本次試驗(yàn)2mm，A5083S-O鋁合金板材搭接接頭，MIG焊最優(yōu)的焊接速度為0.7m/min，最優(yōu)的送絲速度為7m/min；

（2）鋁合金MIG焊縫性能與焊接速度及送絲速度相關(guān)，只有在最優(yōu)范圍內(nèi)的焊接速度和送絲速度進(jìn)行焊接，焊縫性能才能達(dá)到最佳狀態(tài)，在最優(yōu)范圍外，隨著焊接速度和送絲速度的增大和減小，焊縫系能逐步降低；

（3）焊接速度與送絲速度成正比關(guān)系，隨著焊接速度的增加，相應(yīng)最優(yōu)的送絲速度增加。

［1］宋強(qiáng)，尹志春，陳剛輝等.一種熱處理強(qiáng)化鋁合金脈沖MIG焊工藝研究［J］．廣東科技，2015.3：36-38.

［2］王炎金.鋁合金車體焊接工藝［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.6:：52-53.

陳剛輝（1990-），男，助理工程師，本科，從事鋁合金車體工藝工作；宋強(qiáng)（1984-），男，本科，國際焊接工程師，從事鋁合金焊接工藝工作；邱學(xué)勝（1987-），男，本科，助理工程師，從事鋁合金車體工藝工作。