铝合金薄板MIG焊送丝速度优化研究

陈刚辉，宋强，邱学胜，谭旺有，詹广劲

（广东南车轨道交通车辆有限公司，广东江门529100）

铝合金薄板MIG焊送丝速度优化研究

陈刚辉，宋强，邱学胜，谭旺有，詹广劲

（广东南车轨道交通车辆有限公司，广东江门529100）

为了提高轨道交通铝合金车体生产的焊接效率和质量，对铝合金脉冲MIG焊接的送丝速度和焊接速度进行了优化研究。主要通过不同的焊接实验，根据焊接质量等级要求的定义，对焊缝宽度、焊缝截面进行了测定，得出了最优化的焊接送丝速度和焊接速度，达到了提高焊接效率和质量的目标。

脉冲MIG焊；焊接速度；送丝速度；焊缝质量

0　前言

铝合金车体因具有耐腐蚀、质量轻巧、外观平整、材料可再生利用环保等特点，在轨道交通行业备受青睐，尤其是在动车组、高铁车辆制造上具有其它材料不可替代的功能。近年来铝合金车体得到了迅速的发展，在欧洲城市轨道交通车辆上铝合金车体占有70%的市场份额，在世界高铁车辆上其比例高达95%以上。铝合金车体多数采用全焊接结构，每辆车的焊缝长度超过2000米，是车辆的主要承载部件，与行车安全系数息息相关。提高焊接效率和质量是铝合金车体制造过程中当前亟需解决的难题，焊接的效率和质量主要受焊接电压与电流、送丝速度、焊接速度、保护气流量等工艺参数的影响。本文主要研究了薄板MIG焊送丝速度和焊接速度两者之间的关系，得出了最优的参数，提高了铝合金车体生产的效率和质量。

1　MIG焊简介

脉冲熔化极氩弧焊，简称“MIG”焊，因其具有热功率大、线能量高、能量集中和保护效果好等工艺特点，在轨道交通铝合金产品焊接行业得到了广泛的运用。MIG焊接是目前发展速度最快的一种弧焊工艺，起源于美国，1948年被首次应用于工业领域。MIG焊通常被定义为丝状电极的金属极电弧焊，在焊接过程中，惰性气体覆盖住焊接区域，避免熔化金属的氧化。焊接电弧的起弧过程为焊丝接触导电嘴获得电压，和设备地线构成焊接回流，使电弧能够在焊丝端部和工件之间燃烧，焊接保护气体通过喷嘴流出，覆盖住焊接区域，形成焊接冶金过程，原理如图1所示。

图1　焊接原理示意图

2　试验方法

2.1试验准备

本次试验选取3种焊接速度对应10种不同的送丝速度进行研究，理论上应做30组焊接试验，按照表1进行焊接前的准备工作，试件使用轨道交通车体广泛使用的日系牌号A5083P-O板材，其化学成分如表2所示。

表1　焊接试验准备

表2　A5083P-O板材化学成分（执行标准：JIS 4100-1999）

2.2试验步骤

（1）焊前分析及准备。使用丙酮将板材焊缝周围油污清理干净，使用不锈钢丝刷将待焊区域周围20mm-30mm打磨至母材露出金属光泽，且打磨后在4小时内完成焊接。因为铝及铝合金表面容易形成一层致密而坚硬的氧化膜，其熔点高达3000度以上，导电性很差，在焊接过程中会引起电弧不稳和气孔。另外，在母材表面的油污在高温作用下也会导致焊缝产生气孔等缺陷，焊接示意图如2所示。

图2　焊接示意图

图3　焊缝宽度与焊缝性能关系

图4　焊缝背透与焊缝性能关系

（2）焊接试验。在焊接工作台上将板材进行组装并点固焊，如图2所示，使用不锈钢钢丝碗刷将焊缝黑灰打磨干净进行满焊，焊接参数按照表3所示依次进行；焊接完成后再次将焊缝表面黑灰打磨干净；为方便后续的测量，对每组试验的焊接试件进行编号并用黑色油性记号笔做好标记。

图5　焊缝截面积与焊缝性能关系

表3　焊接工艺参数

（3）试验数据处理。本次试验通过焊缝外形及断面融合情况对焊缝性能进行评定，从而分析试验接头焊缝性能与焊接速度和送丝速度三者之间的联系，得出最优化的焊接速度和送丝速度；根据标准的定义，本次试验中2mm搭接接头，当焊缝宽度约为4.5mm，焊缝未透过背面，焊缝截面积约为9mm2时，焊缝系能系数最佳；焊缝宽度、背透宽度及焊缝截面积与焊缝性能关系分别如图3、4、5所示。

使用钢直尺测量记录每组试件的焊缝正面和背透宽度；再使用台式带锯加工焊缝截面，并用千叶片将截面打磨平整，使用10%的NaOH溶液腐蚀焊缝截面，约10min焊缝区域变为暗黑色后，用清水将溶液清洗干净，使用钢直尺测量记录每组试件的焊缝截面积。

3　试验结果

分别记录每组不同焊接参数对应的焊缝宽度、背透宽度及焊缝截面积数据，如表4所示，根据实验的测量数据，根据图3、4、5对应的数据，在坐标上进行描点，记录不同焊接速度、送丝速度情况下的焊缝性能系数值，如图6所示。

表4　试件焊缝宽度

图6　送丝速度和焊接速度与焊缝系能关系

4　结论

（1）本次试验2mm，A5083S-O铝合金板材搭接接头，MIG焊最优的焊接速度为0.7m/min，最优的送丝速度为7m/min；

（2）铝合金MIG焊缝性能与焊接速度及送丝速度相关，只有在最优范围内的焊接速度和送丝速度进行焊接，焊缝性能才能达到最佳状态，在最优范围外，随着焊接速度和送丝速度的增大和减小，焊缝系能逐步降低；

（3）焊接速度与送丝速度成正比关系，随着焊接速度的增加，相应最优的送丝速度增加。

［1］宋强，尹志春，陈刚辉等.一种热处理强化铝合金脉冲MIG焊工艺研究［J］．广东科技，2015.3：36-38.

［2］王炎金.铝合金车体焊接工艺［M］.北京：机械工业出版社，2011.6:：52-53.

陈刚辉（1990-），男，助理工程师，本科，从事铝合金车体工艺工作；宋强（1984-），男，本科，国际焊接工程师，从事铝合金焊接工艺工作；邱学胜（1987-），男，本科，助理工程师，从事铝合金车体工艺工作。