6系鋁合金板CMT弧焊工藝研究

摘要：本文通過對3mm厚的6061-T6鋁合金板進(jìn)行脈沖弧焊焊接試驗(yàn)，研究了不同工藝參數(shù)條件下，焊接接頭所能達(dá)到的強(qiáng)度及接頭效率。

關(guān)鍵詞：鋁合金;CMT;強(qiáng)度

中國分類號：TG938 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

由于石油能源和環(huán)保問題的日益嚴(yán)峻，各國對節(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)上開發(fā)出來的冷金屬過度弧焊，在電弧產(chǎn)生的過程中，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，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 x60 mm x3 mm，化學(xué)成分如表1所示。

試驗(yàn)設(shè)備為TPS2700型CMT焊機(jī)，保護(hù)氣為gg.gg%氬氣，流量為20 L/min，焊縫坡口形式為I型（1=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，采用萬能拉力試驗(yàn)機(jī)分析焊縫接頭強(qiáng)度，每組強(qiáng)度測試平行樣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 .g%，斷裂區(qū)域位于標(biāo)距內(nèi)，斷裂位置有可見頸縮。如圖1所示為6061-T6母材拉伸試樣斷裂情況。

2.2 焊接工藝參數(shù)對焊縫強(qiáng)度的影響

焊接參數(shù)調(diào)節(jié)采用CMT-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3 mm厚度的6061-T6鋁合金板進(jìn)行對接試驗(yàn)，對焊縫表面外觀、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4043的焊絲B，通過調(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。

如圖6所示，通過觀察filler A 4043、filler A_5356及Fi||er 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，最佳焊接電流對應(yīng)的焊縫強(qiáng)度為193.2 - 203.6 MPa，接頭效率大約為66%。剛ler 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。

2.3 焊絲型號對焊縫強(qiáng)度的影響

對2種焊絲品牌的2種型號焊絲4043和5456進(jìn)行了焊接試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于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

通過以上試驗(yàn)分析，可以得到以下結(jié)論：3mm厚的606-1-T6鋁合金板脈沖弧焊焊接對接接頭強(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)對接接頭沒焊透情況下，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ER4043和ER5356焊接，接頭強(qiáng)度無明顯差異。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 馬鳴圖，易紅亮，路洪洲，等.論汽車輕量化[J]中國工程學(xué)，2009，11（9）：20-28.

[2] 劉禮軍，鄢江武，燕翔，等.6061鋁合金Mig/TiG焊焊接接頭性能對比研究[J].輕合金加工技術(shù)，201 4，42（10）：54-57.

[3] 徐國建，王子建，杭爭翔.薄板鋁合金的CMT焊接工藝[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，40（6）：637-642.