淺談鋁及鋁合金焊絲產(chǎn)品過程質(zhì)量控制

李永峰，鄔富寶，劉春蘭，陳 賡

(中國兵器工業(yè)第五二研究所，內(nèi)蒙古 包頭 014034)

鋁及鋁合金焊絲可用于線軸或縱向切口的MIG或TIG的焊接加工，按其成分可分為純鋁、鋁硅和鋁鎂焊絲，通過一定方法加工成盤狀(卷狀)或棒狀(直條狀)供貨，廣泛應(yīng)用于建筑、裝飾和設(shè)備、冶金、管道、紡紗器具、船舶、鉆井裝備、火車、汽車、儲存罐和壓力容器、航空航天等行業(yè)的焊接加工。

鋁及鋁合金焊絲從質(zhì)量角度上講，屬于流程性材料，生產(chǎn)特點(diǎn)是具有連續(xù)性，不同于單個(gè)零件產(chǎn)品，因而在過程質(zhì)量的控制上具有諸多困難。能否生產(chǎn)出滿足顧客需要的高品質(zhì)鋁合金焊絲產(chǎn)品，很大程度上取決于其在生產(chǎn)過程中所應(yīng)用的方法和控制手段的合理與否，即過程質(zhì)量控制的科學(xué)性與合理性。筆者就鋁及鋁合金焊絲生產(chǎn)過程質(zhì)量控制點(diǎn)、近年來存在的問題以及應(yīng)對措施等方面進(jìn)行了相關(guān)探討，以期不斷地提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)顧客滿意度。

1 鋁及鋁合金焊絲過程質(zhì)量控制點(diǎn)及其影響因素

產(chǎn)品是生產(chǎn)出來的，產(chǎn)品質(zhì)量是在生產(chǎn)過程中形成的。過程控制的作用和目的在于控制生產(chǎn)過程的技術(shù)條件，努力避免和減少各種不良因素的影響，使產(chǎn)品的質(zhì)量波動(dòng)控制在允許的范圍之內(nèi)。

1.1 表面質(zhì)量及其影響因素

鋁及鋁合金焊絲表面質(zhì)量很大程度上取決于原鋁材表面質(zhì)量狀況、過程加工條件等，表面質(zhì)量的好壞是影響鋁合金焊絲送絲性能的關(guān)鍵因素。通常鋁合金焊絲是由直徑約9.5 mm～10.5 mm的鋁及鋁合金線材經(jīng)拉拔加工而成。表面質(zhì)量控制不好，容易出現(xiàn)劃傷、凹坑、色差、毛刺、油污等缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和焊接性能。圖1為鋁及鋁合金焊絲表面缺陷實(shí)例。

鋁及鋁合金焊絲表面質(zhì)量的影響因素主要有以下幾方面。

1.1.1 模具內(nèi)孔結(jié)構(gòu)及表面質(zhì)量。 由于鋁及鋁合金焊絲在生產(chǎn)過程中，模具與焊絲直接接觸，模具內(nèi)孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理、內(nèi)孔表面是否光滑，會直接影響到焊絲表面質(zhì)量。

1.1.2 拉拔速度。 如果拉拔速度過快，會使焊絲在清洗槽中停留時(shí)間過短，清洗不充分，焊絲表面有油污殘留，造成焊接氣孔；若如果拉拔速度過慢，會使得焊絲在清洗槽中停留時(shí)間過長，雖然焊絲表面清洗得很干凈，但是焊絲表面會有一定程度的腐蝕，造成后續(xù)層繞困難，焊接過程中送絲不暢、掉屑堵塞導(dǎo)電嘴等問題。

1.1.3 拉拔潤滑油的種類和溫度。 不同潤滑油，有著不同的黏度和物理特性，對拉拔過程中的潤滑效果會產(chǎn)生不同程度的影響，進(jìn)而影響焊絲表面質(zhì)量。潤滑油溫度過高，會造成黏度減小，不利于潤滑；潤滑油溫度過低，會造成黏度增大，不利于潤滑油中的雜質(zhì)下沉，跟隨潤滑油一起進(jìn)入模具，劃傷焊絲表面，造成焊絲表面產(chǎn)生色差，如果壓入焊絲表面，在后續(xù)拉拔過程中從焊絲表面脫落，造成焊絲表面產(chǎn)生凹坑缺陷。

(a)凹坑；(b)毛刺；(c)色差；(d)微觀凹坑；(e)劃傷

1.1.4 清洗劑的種類及其pH值。不同的清洗劑，有著不同的去污清洗能力，因而對焊絲表面清潔度有著不同程度的影響。由于目前生產(chǎn)工藝采用酸堿清洗液來對焊絲表面的油污進(jìn)行清洗，若酸堿pH值過小或則過大，都會造成焊絲表面清洗不干凈，有油污殘留或造成焊絲表面腐蝕，影響后續(xù)產(chǎn)品的焊接性能。

1.2 線徑尺寸及其影響因素

鋁及鋁合金焊絲直徑的微小差異都會使電弧特性產(chǎn)生巨大的變化，變化的結(jié)果就是以過高或過低的電流大小形式反映，兩者都會產(chǎn)生多種形式的焊接缺陷。

鋁及鋁合金焊絲直徑的影響因素主要有：①模具孔徑。模具孔徑如果小于或大于規(guī)定偏差范圍，則會造成焊絲出現(xiàn)尺寸變小或變大。②拉拔速度、拉拔潤滑油的溫度。由于鋁及鋁合金焊絲是一種柱狀強(qiáng)度相對較差的柔軟材料，如果拉拔速度過快，潤滑油溫度過高，會使得鋁及鋁合金焊絲產(chǎn)生嚴(yán)重塑形變形，使其沿軸向被嚴(yán)重拉長，導(dǎo)致出線直徑變小；如果拉拔速度過慢，潤滑油溫度過低，則不利于焊絲表面質(zhì)量的提高。③讀數(shù)誤差。 讀數(shù)誤差屬于人為因素，可以加大對人員的培訓(xùn)力度加以消除。

圈徑、翹距和螺旋及其影響因素。 鋁及鋁合金焊絲的圈徑是指從焊絲盤上截取足夠長度的焊絲，不受拘束地放在平面上，所測形成圓弧或圓弧的直徑稱為圈徑或松弛直徑。焊絲翹起的最高點(diǎn)到平面的距離稱為翹距。螺旋是指從焊絲盤上取下3～4圈焊絲，然后放在一個(gè)桿上，桿呈水平放置，焊絲圈垂直掛在桿上，兩個(gè)焊絲圈之間的最大距離稱為螺旋。圈徑、翹距和螺旋控制不好，同樣影響焊接性能。鋁合金焊絲圈徑大小合適，翹距和螺旋連續(xù)，能確保連續(xù)的電接觸、平滑的電弧特征和更連貫的焊透。表1為焊絲圈徑和翹距要求。

表1 焊絲圈徑和翹距 單位：mm

圖2 圈徑、翹距和螺旋

圈徑、翹距、螺旋的影響因素主要有：①出口模安裝角度。出口模具安裝的角度合適與否，對鋁及鋁合金焊絲的圈徑、翹距和螺旋很大影響。②層繞校直器的調(diào)節(jié)。如果成品焊絲拉拔完成后，圈徑、翹距和螺旋都符合要求，但是如果在層繞過程中校直器沒有調(diào)節(jié)好，同樣會破壞之前的圈徑、翹距和螺旋，使其不符合規(guī)定的要求，進(jìn)而影響最終的焊接。

2 鋁及鋁合金焊絲過程質(zhì)量控制存在的問題

圍繞鋁及鋁合金焊絲過程質(zhì)量控制點(diǎn)，從“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測”等方面梳理出了以下主要幾點(diǎn)問題：①人員責(zé)任心不足，質(zhì)量意識不夠；②部分設(shè)備設(shè)施陳舊、加工精度不足；③工藝不固化，不完善；④相關(guān)制度、規(guī)范不健全；⑤過程監(jiān)視和測量比較落后。

3 鋁及鋁合金焊絲過程質(zhì)量控制措施

3.1 加強(qiáng)各級人員責(zé)任、質(zhì)量意識和技能培訓(xùn)

企業(yè)各級管理人員應(yīng)從全局高度充分認(rèn)清過程質(zhì)量控制的重要性，要有做好質(zhì)量工作的使命感、責(zé)任感和緊迫感。以自身行為習(xí)慣引領(lǐng)全體員工理解組織的目標(biāo)，應(yīng)該創(chuàng)建并維持一個(gè)全體員工參與企業(yè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的企業(yè)環(huán)境，激勵(lì)全員建立質(zhì)量意識，最終實(shí)現(xiàn)組織目標(biāo)。因此，加強(qiáng)各級人員的責(zé)任、質(zhì)量意識和技能培訓(xùn)迫在眉睫。

3.2 購買更換陳舊設(shè)備設(shè)施、提高設(shè)備精度

為了加強(qiáng)過程控制，特別是特殊過程和關(guān)鍵工序的控制，新購了兩臺刮削機(jī)和兩臺井式回火爐，替代了原先陳舊的刮削機(jī)和井式電阻爐，提高了設(shè)備的精度，滿足了鋁及鋁合金焊絲特殊過程和關(guān)鍵工序的控制要求。井式回火爐熱處理過程實(shí)時(shí)曲線，如圖3所示。

圖3 井式回火爐熱處理過程實(shí)時(shí)曲線

3.3 進(jìn)一步完善、固化工藝

工藝不完善、不固化，一直是造成鋁及鋁合金焊絲質(zhì)量不穩(wěn)定的主要原因之一。因此，近年來，我們不斷地進(jìn)行試驗(yàn)、不斷地總結(jié)、完善、改進(jìn)生產(chǎn)工藝，嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，保證了鋁及鋁合金焊絲產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.4 制定、完善相關(guān)制度和規(guī)范，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)

俗話說“無規(guī)矩不成方圓”，一個(gè)企業(yè)要想長遠(yuǎn)發(fā)展，必須要有完善的管理制度和規(guī)范。近年來，我們不斷完善和制定了相關(guān)管理制度、作業(yè)指導(dǎo)書和驗(yàn)收規(guī)范，如鋁及鋁合金焊絲生產(chǎn)過程工藝流程卡、一些輔助材料：模具、拉拔潤滑油、酸堿清洗液等管理規(guī)程和采購驗(yàn)收規(guī)范，并且嚴(yán)格按照制度規(guī)范要求進(jìn)行生產(chǎn)，基本上實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。

3.5 引進(jìn)在線監(jiān)測設(shè)備，實(shí)現(xiàn)鋁及鋁合金焊絲生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測

為了更加精確地控制鋁及鋁合金焊絲過程質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測，我們引入了基于渦流技術(shù)的在線檢測裝置，該裝置可以快速有效地檢測出焊絲直徑和表面缺陷。圖4和圖5分別為在線測檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和鋁合金焊絲表面缺陷提取圖像。

1.焊絲；2.加緊機(jī)構(gòu)；3.渦流探頭；4.激光探頭；5. 打標(biāo)機(jī)構(gòu)；6.系統(tǒng)支架；7.升降手柄；8.線材走向；9.同3 10.測速傳感器；11.缺陷標(biāo)記機(jī)構(gòu)；12.自動(dòng)化擴(kuò)展模塊；13.工控計(jì)算機(jī)。

(a) 軸向劃傷0.1 mm×0.2 mm×2 mm (b)縱向劃傷 0.1 mm×0.3 mm×2 mm (c) 凹陷 1 mm(直徑)× 0.5 mm(深)

4 結(jié)束語

通過探討鋁及鋁合金焊絲生產(chǎn)過程質(zhì)量控制要點(diǎn)及其影響因素，分析了近年來鋁及鋁合金焊絲生產(chǎn)過程質(zhì)量控制方面存在的問題，并且采取了相應(yīng)的解決措施，經(jīng)過一段時(shí)間的考核與評定，鋁及鋁合金焊絲產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高，而且穩(wěn)定可靠，說明我們在產(chǎn)品過程質(zhì)量控制方面取得了一定的成效。