熔鑄工藝對鋁焊絲氣孔敏感性的影響

唐良喜，李赟豐，徐曉龍

（四川大西洋焊接材料股份有限公司，四川 自貢643010）

熔鑄工藝對鋁焊絲氣孔敏感性的影響

唐良喜，李赟豐，徐曉龍

（四川大西洋焊接材料股份有限公司，四川 自貢643010）

為了找到國內外鋁焊絲氣孔敏感性存在差異的原因，對意大利廠家連鑄連軋工藝生產的ER5356線桿和國內某廠家水平抽絲工藝生產的ER5356線桿進行了原材料的化學成分和金相試驗對比。結果表明，兩種不同的熔鑄工藝生產的同牌號ER5356焊絲線桿的性能有明顯差異，連鑄連軋工藝較水平抽絲工藝生產的焊絲線桿具有更低的氣體含量（通常氣體含量在0.15 mL/100 g以下）和更低的雜質含量。影響鋁及鋁合金焊絲氣孔敏感性的主要因素是熔鑄過程中氣體和雜質含量，建議國內在焊絲線桿的熔鑄過程中增加在線除氣過濾處理裝置。

鋁焊絲；連鑄連軋；水平抽絲；氣孔；雜質

Abstract:In order to find the stomata sensitivity difference reason of aluminium welding wire at home and abroad,the raw material chemical composition and metallographic test of two kinds of ER5356 wire rod were compared,one was produced in Italian factory by adopting continuous casting and rolling process and the other was manufactured in a domestic manufacturer by using level reel off wire process.The results indicated that the performance of two kinds of ER5356 wire rod produced by different continuous casting process has obvious difference,the wire rod produced by continuous casting process possesses lower gas content(usually gas content below 0.15 mL/100 g)and lower impurity content.The main factors influencing the stomata sensitivity of aluminium and aluminium alloy welding wire were gas and impurity contents in the process of casting,it suggested that domestic manufacturers should increase online degassing and filtration device in the process of welding wire pole casting.

Key words:aluminium welding wire;continuous casting and rolling;level reel off wire;stoma;impurity

進入21世紀以來，全球各行各業不斷倡導綠色環保、節能高效的理念，開始選擇新型材料替代目前使用的材料，如用鋁材替代鋼材、鋁材替代銅材等。鋁及鋁合金由于自身質量輕、比強度高、耐腐蝕性好、低溫性能好、成形性好和無磁性等特點，開始廣泛運用于汽車、高速列車、航空航天、軍工、船舶、壓力容器、運動器材、建筑、食品和醫療等行業。因此，鋁及鋁合金焊絲得以在上述行業中廣泛使用。但國產鋁焊絲與國外鋁焊絲相比，焊接時存在氣孔敏感性偏高、送絲穩定性差、焊縫成形差、化學成分不穩定等問題，這就制約了國產鋁焊絲的使用范圍，導致國產鋁焊絲無法完全替代國外鋁焊絲。本研究通過對比意大利和國內的鋁焊絲在原材料線桿熔鑄工藝上的差異，找到了國內外鋁焊絲氣孔敏感性差異的主要原因。

1 國內外鋁焊絲線桿熔鑄工藝

1.1 國外鋁焊絲線桿熔鑄工藝

國外目前大都采用鋁及鋁合金連鑄連軋工藝生產鋁焊絲線桿，如美國ALCOTECO和加拿大INDALCO等鋁焊絲生產企業。國外鋁及鋁合金焊絲連鑄連軋生產工藝流程如圖1所示。首先在熔煉爐將投入的鋁錠熔化，然后在保溫爐對鋁及鋁合金熔體進行精煉，降低熔體的氣體和雜質含量，熔體在保溫爐內保溫一段時間后通過流槽進入除氣過濾裝置，進一步降低熔體的氣體和雜質含量，最后熔體進入連續鑄造機，鑄造成一定形狀的連續的鋁錠，這些鋁錠經感應加熱裝置進入軋機，生產出Φ9.5 mm的鋁及鋁合金線桿。

圖1 國外鋁及鋁合金焊絲線桿連鑄連軋生產工藝流程

1.2 國內鋁焊絲線桿熔鑄工藝

國內目前大都采用熔鑄加水平抽絲工藝生產鋁及鋁合金線桿。國內鋁及鋁合金焊絲線桿水平抽絲生產工藝流程如圖2所示。首先將鋁錠投入熔煉爐內熔化，然后在保溫爐或者熔煉爐內對熔體進行精煉，熔體保溫一段時間后通過水平抽絲裝置鑄造出6.0～8.0 mm的鋁及鋁合金線桿。采用這種工藝生產鋁及鋁合金線桿，沒有在線除氣過濾裝置，雜質和氣體含量普遍偏高，線桿的組織通常也是鑄態組織，晶粒粗大，而且線坯的化學成分存在偏析的可能。

圖2 國內鋁及鋁合金焊絲線桿水平抽絲生產工藝流程

2 兩種熔鑄工藝焊絲線桿成分及組織對比

對意大利廠家連鑄連軋工藝生產的ER5356線桿和國內某廠家水平抽絲工藝生產的ER5356線桿進行原材料的化學成分和金相試驗對比。兩種不同熔鑄工藝下ER5356線桿原材料化學成分對比見表1，兩種不同熔鑄工藝下ER5356線桿的金相組織照片如圖3所示。

從表1可以看出，兩種不同熔鑄工藝下焊絲線桿的化學成分差別不大，均滿足我國國家標準GB/T 10858《鋁及鋁合金焊絲》的化學成分要求。但從圖3的金相組織對比來看，連鑄連軋ER5356線桿的金相組織均勻細小，且無氣體和雜質，而水平抽絲ER5356線桿的金相組織粗大、不均勻，有氣體和雜質。

表1 兩種不同熔鑄工藝下ER5356線桿原材料化學成分對比

圖3 兩種不同熔鑄工藝下ER5356線桿的金相組織照片 500×

3 兩種熔鑄工藝焊絲的焊接試驗對比

將連鑄連軋工藝和水平抽絲工藝生產的ER5356線桿，采用相同生產工藝制作成CHMAl 5356×Φ1.2 mm鋁鎂合金MIG焊絲。用唐山松下YG－500AG2焊機、99.99%Ar保護，以相同的焊接工藝參數對鋁鎂合金板5052進行熔敷金屬焊接試驗。兩種不同熔鑄工藝焊絲熔敷金屬的力學性能見表2，射線探傷照片如圖4所示。

表2 兩種不同熔鑄工藝ER5356焊絲熔敷金屬的力學性能

圖4 兩種不同熔鑄工藝焊絲熔敷金屬的射線探傷照片

從表2可以看出，連鑄連軋工藝生產的ER5356焊絲熔敷金屬的力學性能較水平抽絲工藝生產的力學性能要好。從圖4可以看出，連鑄連軋工藝生產的ER5356焊絲熔敷金屬的射線探傷等級為Ⅰ級，而水平抽絲工藝生產的ER5356熔敷金屬的射線探傷等級為Ⅳ（密集氣孔）。因此可以判斷，在原材料化學成分、生產工藝和焊接工藝參數均相同的情況下，水平抽絲工藝生產的ER5356焊絲較連鑄連軋工藝生產的ER5356焊絲的氣孔敏感性要大，而氣孔產生的原因與原材料中氣體和雜質的含量有很大的關系。

4 原因分析

通常在爐內精煉后的鋁及鋁合金熔體氫含量為0.25 mL/100 g[1-3]，經過在線除氣過濾處理后的鋁及鋁合金熔體氫含量降至0.15 mL/100 g以下[4-6]。由此可以判定，國內鋁及鋁合金焊絲線桿在熔鑄時沒有經過在線除氣過濾處理，因此其氣體含量比國外經過在線除氣過濾處理的焊絲線桿要高，制成焊絲線桿后這些氣體仍然殘存在線桿當中。

通過連鑄連軋和水平抽絲兩種工藝生產的焊絲線桿里面的氫，在后續制作過程中仍然會殘存在焊絲當中，對成品焊絲的使用造成影響。特別是水平抽絲工藝生產的焊絲，因氣體含量過高，造成焊接過程中的氣孔敏感性更大。

另外，連鑄連軋生產工藝過程中有在線過濾裝置，對顆粒度不小于10 μm雜質的去除效果可以達到95%[7-9]。水平抽絲生產工藝過程中沒有在線過濾裝置，因此該工藝生產的焊絲線桿的雜質含量要多于連鑄連軋工藝生產的焊絲線桿。在焊接過程中，焊絲雜質含量過多會使熔池變得粘稠，流動性降低，不利于氣泡的上浮，加上水平抽絲工藝焊絲帶有大量的氣體，導致了水平抽絲工藝生產的焊絲較連鑄連軋工藝生產的焊絲的氣孔敏感性要大。

5 結 論

（1）采用鋁及鋁合金連鑄連軋工藝較水平抽絲工藝生產的焊絲線桿具有更低的氣體含量，通常氣體含量在0.15 mL/100 g以下。

（2）采用鋁及鋁合金連鑄連軋工藝較水平抽絲工藝生產的焊絲線桿具有更低的雜質含量。

（3）影響鋁及鋁合金焊絲氣孔敏感性的主要因素是熔鑄過程中氣體和雜質含量。

（4）建議在焊絲線桿的熔鑄過程中，增加在線除氣過濾處理裝置，從源頭上控制氣體和雜質的含量。

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Influence of Casting Process of Aluminium Welding Wire Stomatal Sensitivity

TANG Liangxi,LI Yunfeng,XU Xiaolong
（Atlantic China Welding Consumables,Inc.,Zigong 643010,Sichuan,China）

TG422.3

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.01.002

2016-10-13

編輯：謝淑霞

唐良喜（1984—），男，漢族，四川簡陽人，大學本科，工程師，主要從事焊接材料研發、生產工藝、產品推廣和售后服務等工作。