5A06-H18普通焊絲的光亮化改進研究

連小帥,張雙飛,牛帥帥,殷 森,劉重金

(山西航天清華裝備有限責任公司,山西 長治 046004)

0 引言

目前，山西航天清華裝備有限責任公司(以下簡稱“清華裝備”)承制的多種航天產品的焊接均采用鋁合金全自動粗絲MIG焊方式，產品基材為5A06鋁合金，所選用的焊絲為東輕生產的5A06-H18普通焊絲。5A06-H18普通焊絲在使用前需要進行化學清洗(酸洗)，以減少焊縫缺陷的產生，且為防止二次污染，酸洗后不能擱置太久，需盡快實施焊接。此外，該種焊絲以非標線盤供貨，焊前需根據焊機的送絲輪進行二次纏繞，費時耗力，且在使用過程中部分產品焊縫出現了不同程度的缺陷，因此有必要對該普通焊絲開展光亮化改進研究并進行應用驗證。

1 5A06-H18普通焊絲使用現狀

5A06-H18普通焊絲在焊接前需要按清華裝備的企業標準《鋁及鋁合金焊絲焊接前化學清洗規范》進行化學清洗，以去除焊絲表面的氧化膜和油漬等污物；清洗后焊絲需要烘干保存，且必須在短期內使用，否則會造成焊絲表面被二次污染，影響產品的焊接質量。此外，該焊絲以非標線盤供貨，使用時還需耗費一定的時間來根據焊機的送絲輪進行二次纏繞，以確保焊絲正常放線、送絲。5A06-H18普通焊絲使用流程如圖1所示。

圖1 5A06-H18普通焊絲使用流程

2 焊絲光亮化改進及應用情況分析

為了提高清華裝備承制的鋁合金結構產品的生產效率和焊縫質量，對目前使用的5A06-H18普通焊絲開展光亮化處理研究。經光亮化處理后的焊絲表面可以形成一層致密的保護層，不需要再對焊絲進行酸洗處理，且焊絲表面有保護層，短期內不會被氧化，開封后保存、待用時間均可延長。此外，經光亮化處理后焊絲的焊接工藝性比普通焊絲更加優越，在焊縫成形過程中可有效地減少氣孔、殘留氧化膜夾雜物等缺陷。

基于光亮焊絲的上述優點及清華裝備對產品質量控制的嚴格要求，依據MIG焊所需的焊絲規格(Φ5 mm、Φ4 mm、Φ1.6 mm)采購部門與焊材生產公司進行協作，委托焊材制造廠家將東輕生產的5A06-H18普通焊絲(規格為Φ5.5 mm、Φ5 mm、Φ3 mm)進行光亮化處理，最終達到MIG焊所需的規格。

2.1 焊絲光亮化處理流程

委托焊材生產公司對現有5A06-H18普通焊絲進行光亮化處理，將Φ5.5 mm的普通焊絲處理為Φ5 mm的光亮焊絲，將Φ5 mm的普通焊絲處理為Φ4 mm的光亮焊絲，將Φ3 mm的普通焊絲處理為Φ1.6 mm的光亮焊絲。其中成品規格為Φ4 mm和Φ5 mm的焊絲光亮處理流程相同，采用圈絲生產工藝；規格為Φ1.6 mm的焊絲光亮處理流程稍有不同，采用盤絲生產工藝。

(1) 圈絲生產工藝為：普通焊絲→退火處理(480 ℃)→拉拔→精刮→繞圈→包裝→檢驗→入庫。

(2) 盤絲生產工藝為：普通焊絲→退火處理(480 ℃)→拉拔→ 精刮→清洗(超聲波清洗)→涂油(涂潤滑油，以便焊槍出絲)→層繞→包裝→檢驗→入庫。

上述流程均滿足焊材生產公司企業標準《鋁及鋁合金焊絲》的生產工藝要求。

2.2 光亮焊絲應用情況

針對成品規格為Φ1.6 mm、Φ4 mm、Φ5 mm的光亮焊絲分別進行了焊接試驗，焊后發現其焊縫表面均有明顯的發灰、發黑現象(與以往普通焊絲所形成的焊縫相比較為明顯)，焊縫表面質量較差，如圖2所示。

圖2 光亮焊絲焊縫

2.3 光亮焊絲焊縫缺陷分析

2.3.1 二次污染造成焊絲表面潔凈度差的影響

(1) 圈絲(直徑Φ4 mm、Φ5 mm)焊絲光亮處理過程中，其在完成2道刮削后需要經過一道橢圓度精整，為提高精整設備的使用壽命，焊絲生產廠家在該裝置上增加了涂油潤滑措施。分析認為，此道加注潤滑油的措施會造成焊絲光亮處理過程的二次污染。

(2) 盤絲(直徑Φ1.6 mm)焊絲光亮處理過程中要經過超聲波清洗，為提高其自動送絲的順暢度，在超聲波清洗后、層繞前需涂潤滑油保護(該潤滑油在70 ℃～80 ℃可完全氣化揮發，不影響焊接)，此工藝方法在細絲焊絲中均有應用(行業內通用)，對焊接無任何影響，故可排除其生產過程的二次污染的可能。

(3) 環境污染：從生產現場環境分析，光亮化處理現場整體不具備無塵、無污染的條件，精刮現場、包裝現場等有可能會對焊絲表面造成二次污染。

(4) 東輕5A06-H18普通焊絲自身缺陷：普通焊絲在拉拔前操作人員發現其表面存在不同程度的“小坑”，在進行0.03 mm～0.04 mm的刮削時無法將其全部清理掉，同時焊接操作人員也反饋焊絲存在肉眼可見的微小黑點，這些小坑就成為藏污納垢的地方。

2.3.2 5A06鋁合金中微量元素的影響

5A06鋁合金屬于“十元”材料，即內含主要十種微量元素，其中某元素在一定溫度退火時可能出現偏析，但在焊絲表面無法通過肉眼觀察到，焊絲焊接熔煉過程中該元素在高溫作用下參與燃燒反應，故會在熔池表面形成發灰、發黑的雜質產物，待熔池固化后固覆在焊縫表面，即焊縫表面出現發灰、發黑現象。

3 焊絲光亮化工藝優化及驗證

3.1 工藝優化措施

基于上述分析，針對可能造成光亮焊絲所形成焊縫表面發灰、發黑現象等問題采取了工藝優化措施，具體如下：

(1) 焊絲表面光整：對焊絲精刮過程的去除量由原來的0.03 mm～0.04 mm增加到0.07 mm～0.08 mm，通過增加刮削量來將東輕5A06-H18普通焊絲表面的“小坑”徹底去除，保證焊絲表面光整度。

(2) 將圈絲(直徑Φ4 mm、Φ5 mm)焊絲光亮處理過程中橢圓度精整裝置的涂油潤滑去除，消除油液對焊絲的二次污染可能。

(3) 將焊絲拉拔前的退火溫度進行調整，排除微量元素在退火過程中偏析的可能，以避免焊接熔煉時微量元素燒損而浮在熔池表面形成固化后的“灰、黑”現象。

3.2 應用驗證

對光亮焊絲焊后出現發灰、發黑現象所采取的工藝優化措施進行應用驗證，采取焊接試板的方式進行，得到的光亮焊絲工藝優化后的焊縫如圖3所示。針對試板焊縫的外觀、X射線探傷、接頭拉伸強度等指標進行了考核。考核結果表明：經過工藝優化后的光亮焊絲不僅解決了其成品焊縫表面發灰、發黑的現象，同時X射線探傷、接頭拉伸強度等指標也滿足產品設計要求。

圖3 光亮焊絲工藝優化后的焊縫

4 結語

本文針對5A06-H18普通焊絲的光亮化處理流程和效果開展了研究，同時對光亮焊絲在航天產品上應用的可行性進行了實驗驗證。