鋁合金加工中焊接成型的缺陷控制方法研究

鄶忠和

（一汽解放傳動事業部零部件廠，吉林 長春 130022）

在金屬材料的加工過程中，焊接就是通過加熱、高溫或高壓的方式來接合不同金屬的金屬合成工藝[1]。焊接技術是隨著人類社會對合金的應用而衍生出來的[2]。在古老的商朝就出現了利用鐵和銅在高溫下的融合來制作青銅器等金屬焊件[3]。隨著現代工業化社會對合金需求量的大幅度提升，焊接技術也正在飛速的發展和創新中。其中鋁合金制品已經是高速動車組制造中的關鍵材料之一，所以對于鋁合金制品的需求量也日益劇增[4]。在鋁合金加工過程中，焊接成型過程中，時常由于鋁合景表面上出現過多的缺口，而直接降低了所加工出產品的質量[5]。本文針對鋁合金加工過程中，焊接階段所產生過多的缺陷問題，進行了深入的研究。鋁合金加工過程中的缺陷是特指在焊接過程中，由于熔池中的氣泡沒有在合金凝固前及時的溢出，導致在鋁合金制品上存在的空洞[6]。這種造成鋁合金表面上有空穴的現象，叫做鋁合金成型成品的缺陷。缺陷的形成是鋁合金加工中最常見的常見問題：在焊接過程中，由于大量的缺編問題，就會降低焊接夾縫的受力截面，嚴重時甚至會造成焊接夾縫的疏松和脫落，進而極大的降低鋁合金制品的產品質量。下文為具體的減少缺陷控制方法來解決鋁合金焊接加工中的缺陷問題。

1 鋁合金焊接加工過程中缺陷的控制方法

1.1 橫澆道的設計

鋁合金焊接過程中最大的缺陷問題，就是由于漏氣導致的鋁合金表面的氣孔過多，從而降低了鋁合金的質量。本文通過設計出橫澆道的方法來控制表面上過多氣孔的生成。橫澆道是指從在焊接過程中，融合的金屬在通過直澆道末端到內澆口之間的增加的通道，從而保證了在焊接過程中不被有漏氣的情況；根據其應用的部分橫澆道可分為主橫澆道和過渡橫澆道。其中主橫澆道是為了保證直澆道流來的熔融液體能在特定的溫度、速度和壓力作用下，平穩地疏松到內澆道內部，從而使熔融液體成理想流向填充型腔。橫澆道的截面積要保證熔融液體在從直澆道起到內澆口止的過程中無外泄的可能性的情況下，最大限度縮小。因為如果在橫澆道處出現截面積過大的話，熔融液體在流到內澆道過程中會出現減壓的現象，進而導致分型面上的空氣倒吸，增加金屬液流動過程中的渦流。此外橫澆道的厚度和程度一定有嚴格的控制。先說厚度，如果橫澆道過薄，則保溫性能差，會使熔融液體因溫度降低而凝固;若橫澆道過厚時冷卻速度緩慢，也會影響鋁合金的生產效率，并且消耗大量的成分。再說保持一定長度的目的，主要是保證熔融液體的穩流和導向運動。橫澆道的基本形式有扇形澆道、等寬澆道、字型澆道、錐形切向澆道、圓形澆道等。橫澆道的截面形狀有梯形、長梯形、圓形等。在確定橫澆道截面積后，可根據以下公式計算橫澆道的深度和寬度。

式中：D為橫澆道的深度；Ar為橫澆道的截面積；K為橫澆道的寬度；k1、k2為系數。

1.2 添加橫澆道設備的控制操作步驟

要想保證橫澆道的設計可以有效的實施，就必須對相關的焊接工作人員進行橫澆道設計理論的普及教育。在有橫澆道參與的焊接操作步驟為：首先在焊接工作之前必須清除焊縫、焊絲等區域的污垢、雜質、水分、油污、銹蝕等；其次在將橫澆道接入直澆道末道與內澆道之間的接口出；隨后將內部注入冷水，來檢測裝置是否接好；然后在保證了氣密性的條件下，使用氣密性良好的管路進行焊接操作，要注意焊槍角度是否正確；焊接的電弧穩定且不宜太長；盡量避免在同一部位重復起弧，需重復起弧時要打磨接頭；焊絲伸出長度、噴嘴與焊件間距離合適；坡口間隙合理；焊接過程后要確保焊接電弧3m范圍內的空氣濕度小于85%～95%；之后在焊接重點位置時，可以采取相關措施適當降低環境濕度；最后在焊條暴露在空氣中指定的時間之后，應當展開重新烘干，切記不可使用未達標的焊接材料。

2 模擬實驗

2.1 實驗材料

實驗所用的材料522鋁合金板，尺寸規格為：550mm*650mm*23mm（長*寬*高）。本實驗對材料的要求：所選取的鋁合金表面不允許存在有裂紋、硝鹽痕跡和腐蝕斑點；將所選取的鋁合金板共分成六等分，其中三個采用傳統方法來進行焊接加工操作，另外三個鋁合金板采用添加橫澆道的控制方法來進行焊接加工操作。焊接完成之后，將兩種方法得到的六個鋁合金加工成品分為三組，并將其編號為為1、2、3。并借助光學顯微鏡，來統計每組中的兩個鋁合金成品的缺陷個數。每組均為一個傳統方法和一個添加橫澆道方法得到的成品混合。

2.2 結果分析

將兩種方法得到的鋁合金成品中的缺陷個數進行對比，其結果如圖1所示。

圖1 為兩種方法得到成品的缺陷程度的對比結果

圖中左邊為傳統方法得到的鋁合金加工成品，其成品中缺陷個數為13或14；右邊為添加橫澆道控制方法得到的鋁合金加工成品，其成品中的缺陷個數為12或13；由此可證明橫澆道設備的使用價值。添加橫澆道設備的缺陷控制方法，可以得到缺陷個數更少的高質量鋁合金材料。因此可以判定橫澆道設備具有實用價值，可應用于鋁合金焊接加工的生產中。

3 結語

本文通過介紹了一種鋁合金焊接成型中減少表面氣孔的缺陷控制方法，來輔助鋁合金焊接技術的順利完成。鋁合金焊接產生的缺陷的主要原因共有五種。焊接的過程中需要焊接工作人員對焊接的每一個環節進行質量控制。從焊前的清理、焊接工藝的選擇、焊接工藝紀律的執行以及對焊接操作人員的質量意識的嚴格要求等多個方面，都是控制焊接缺陷產生的有效措施。為了保證控制方法合理的應用，就必須提高焊接工作人員的基本素質。要讓相關的工作人員理解成型中的缺陷會對鋁合金造成巨大的影響，進而自發的去避免可能造成缺陷的機會，從而從根本上提供鋁合金的產量。