6系鋁合金板CMT弧焊工藝研究

楊海、王付才、胡杰、李慎國(guó)

（江西江鈴集團(tuán)新能源汽車有限公司 330000）

由于石油能源和環(huán)保問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，各國(guó)對(duì)節(jié)能減排日趨重視，汽車輕量化成為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的重要途徑[1]。相關(guān)研究表明[2]，汽車質(zhì)量減輕10%，對(duì)應(yīng)的油耗將減少6%～8%，排放減少10%，制動(dòng)距離減少5%，加速時(shí)間減少8%等。汽車輕量化技術(shù)主要分為材料、結(jié)構(gòu)和工藝3方面，輕量化材料的連接工藝是輕量化技術(shù)的重要部分，其中MIG/MAG焊是目前應(yīng)用廣泛且經(jīng)濟(jì)的連接工藝，但熱輸入較大，尺寸精度較難控制，焊接接頭強(qiáng)度損失較大。CMT（Cold Metal Transfer）是在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的冷金屬過(guò)度弧焊，在電弧產(chǎn)生的過(guò)程中，焊絲向熔池中運(yùn)動(dòng)，當(dāng)焊絲伸及熔池時(shí)，電弧熄滅，焊絲回抽來(lái)促進(jìn)融滴分離。焊絲回抽運(yùn)動(dòng)可達(dá)90次/s，飛濺少，熱輸入量低，可實(shí)現(xiàn)薄板焊接。本文根據(jù)某公司全鋁車身焊接需要，對(duì)6061-T6鋁合金的CMT焊接進(jìn)行了接頭強(qiáng)度驗(yàn)證。

1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

焊絲選用2種型號(hào)，分別為ER4043和ER5356，直徑均為1.2 mm，試驗(yàn)材料為6061-T6鋁合金，尺寸為120 mm×60 mm×3 mm，化學(xué)成分如表1所示。

試驗(yàn)設(shè)備為T(mén)PS2700型CMT焊機(jī)，保護(hù)氣為99.99%氬氣，流量為20 L/min，焊縫坡口形式為I型（I=0），采用一元參數(shù)單面焊接，焊接前用鋼絲去除表面氧化皮，焊接完成后去頭去尾25 mm。采用體式顯微鏡分析焊縫斷面，采用萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)分析焊縫接頭強(qiáng)度,每組強(qiáng)度測(cè)試平行樣3組。

2 結(jié)果與分析

2.1 母材強(qiáng)度

6061-T6母材平均強(qiáng)度為301.7 MPa，平均延伸率為11.9%，斷裂區(qū)域位于標(biāo)距內(nèi)，斷裂位置有可見(jiàn)頸縮。如圖1所示為6061-T6母材拉伸試樣斷裂情況。

圖1 6061-T6母材拉伸試樣斷裂情況

2.2 焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫強(qiáng)度的影響

焊接參數(shù)調(diào)節(jié)采用CMT一元參數(shù)調(diào)節(jié)，電流參數(shù)分別為100 A、110 A、120 A和130 A，對(duì)3 mm厚度的6061-T6鋁合金板進(jìn)行對(duì)接試驗(yàn)，對(duì)焊縫表面外觀、焊縫強(qiáng)度及橫斷面形貌進(jìn)行觀察和分析。如圖2～圖5所示為用型號(hào)4043的焊絲B，通過(guò)調(diào)節(jié)焊接電流（100 A、110 A、120 A和130 A），觀察焊縫接頭的變化情況。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，CMT焊接飛濺較少，隨著焊接電流的增加，焊縫鋪展性能更好，當(dāng)焊接電流為100 A和110 A時(shí)，焊接接頭沒(méi)有焊透，存在裂縫，進(jìn)行拉力試驗(yàn)后，斷在焊縫處且斷口無(wú)頸縮。當(dāng)焊接電流為120 A和130 A時(shí)，焊縫接頭焊透，不存在裂縫，進(jìn)行拉力試驗(yàn)后，斷在距離焊縫中心大約12～15 mm處的熱影響區(qū)，斷口處有輕微頸縮。

表1 6061-T6鋁合金化學(xué)成分

圖2 焊絲B_4043焊接電流100 A時(shí)焊接接頭

圖3 焊絲B_4043焊接電流110 A時(shí)焊接接頭

圖4 焊絲B_4043焊接電流120 A時(shí)焊接接頭

圖5 焊絲B_4043焊接電流130 A時(shí)焊接接頭

如圖6所示，通過(guò)觀察Filler A_4043、Filler A_5356及Filler B_4043三種焊絲的焊縫可知，當(dāng)焊接電流為100 A和110 A時(shí)，焊縫強(qiáng)度大約為90.0～120.0 MPa，原因?yàn)楹缚p沒(méi)有焊透，底部存在裂縫，在進(jìn)行拉伸時(shí)，存在應(yīng)力集中的情況，導(dǎo)致焊縫強(qiáng)度較低。當(dāng)焊接電流為120 A和130 A時(shí)，焊縫強(qiáng)度較高，最佳焊接電流對(duì)應(yīng)的焊縫強(qiáng)度為193.2～203.6 MPa，接頭效率大約為66%。Filler B焊絲在焊接電流為100 A、110 A和120 A時(shí)，焊縫強(qiáng)度較低，只有120.0～130.0 MPa；在焊接電流為130 A時(shí)，焊縫強(qiáng)度較高，為194.8 MPa。

圖6 焊接電流對(duì)焊縫強(qiáng)度的影響

2.3 焊絲型號(hào)對(duì)焊縫強(qiáng)度的影響

對(duì)2種焊絲品牌的2種型號(hào)焊絲4043和5456進(jìn)行了焊接試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)于A品牌焊絲，在最優(yōu)焊接電流條件下，4043焊絲焊縫強(qiáng)度為202.7 MPa；5356焊絲焊縫強(qiáng)度為203.6 MPa。對(duì)于B品牌焊絲，在最優(yōu)焊接電流條件下，4043焊絲焊縫強(qiáng)度為193.2 MPa；5356焊絲焊縫強(qiáng)度為194.8 MPa。所以4043和5356焊絲對(duì)于6系鋁合金焊接焊縫強(qiáng)度影響相差不大[3]。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上試驗(yàn)分析，可以得到以下結(jié)論：3 mm厚的6061-T6鋁合金板脈沖弧焊焊接對(duì)接接頭強(qiáng)度為190.0～200.0 MPa，接頭效率約為66%，接頭斷在熱影響區(qū)；當(dāng)對(duì)接接頭沒(méi)焊透情況下，接頭強(qiáng)度嚴(yán)重降低，只有90.0～130.0 MPa，接頭效率約為35%，接頭斷在焊縫處；采用2種焊絲型號(hào)ER4043和ER5356焊接，接頭強(qiáng)度無(wú)明顯差異。