光亮焊絲在鋁合金筒體焊接中適用性工藝研究

郭晨皓 閆佳佳 牛帥帥 王文蘭 崔衛(wèi)則 張國(guó)東

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光亮焊絲在鋁合金筒體焊接中適用性工藝研究

郭晨皓 閆佳佳 牛帥帥 王文蘭 崔衛(wèi)則 張國(guó)東

（山西航天清華裝備有限責(zé)任公司，長(zhǎng)治 046012）

基于光亮焊絲前期準(zhǔn)備周期短、工作量小、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，為進(jìn)一步驗(yàn)證光亮處理后焊絲在產(chǎn)品焊接中的適用性，針對(duì)光亮焊絲焊接性、試件及產(chǎn)品的焊縫質(zhì)量及機(jī)械性能等情況，對(duì)項(xiàng)目?jī)?nèi)容進(jìn)行了相關(guān)驗(yàn)證性試驗(yàn)。試驗(yàn)采用不同規(guī)格的試板及產(chǎn)品針對(duì)光亮焊絲與普通焊絲焊接結(jié)果進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)及分析，試驗(yàn)結(jié)果表明采用光亮處理后的焊絲焊接，焊縫表面質(zhì)量明顯提高，內(nèi)部缺陷相對(duì)減少，焊接接頭力學(xué)性能與普通焊絲焊接接頭力學(xué)性能相當(dāng)，完全滿(mǎn)足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的焊縫性能指標(biāo)，可以進(jìn)行正式產(chǎn)品的焊接應(yīng)用。

5A06；光亮焊絲；適用性

1 引言

目前，多種產(chǎn)品焊接方式均采用鋁合金全自動(dòng)粗絲MIG焊方式，產(chǎn)品材質(zhì)為鋁合金5A06。所選用普通焊絲牌號(hào)為5A06-H18，在焊接前需要按廠標(biāo)Qh418—2010《鋁及鋁合金焊絲焊接前化學(xué)清洗規(guī)范》進(jìn)行化學(xué)清洗，清除表面的氧化膜、油漬等污物，清洗后要求烘干、保存，以減少焊縫缺陷產(chǎn)生，且酸洗后需要在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行焊接，否則會(huì)造成焊絲表面二次污染。同時(shí)該焊絲供貨為非標(biāo)線盤(pán)，使用時(shí)還需根據(jù)懸臂焊機(jī)配套的送絲輪進(jìn)行二次纏繞，以保證焊絲正常放線、送絲應(yīng)用。該焊絲在焊接前準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，存放時(shí)間短，中間過(guò)程易對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及進(jìn)度造成影響，且實(shí)際應(yīng)用時(shí)有不同程度的焊接缺陷出現(xiàn)。為了減少焊絲焊前的準(zhǔn)備工作，提高生產(chǎn)效率及焊接質(zhì)量，工廠調(diào)研業(yè)內(nèi)光亮焊絲的應(yīng)用使其替代普通焊絲。

經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，光亮焊絲是對(duì)普通焊絲進(jìn)行光亮化處理，即對(duì)焊絲進(jìn)行退火、拉拔、刮削、橢圓度光整、繞盤(pán)、真空包裝等處理。處理后焊絲表面可以形成一層致密的保護(hù)層，在焊接前不需要再進(jìn)行酸洗等化學(xué)清洗處理，減少工藝流程，且表面有保護(hù)層保護(hù)，短時(shí)間內(nèi)不會(huì)被氧化，開(kāi)封后保存、待用時(shí)間延長(zhǎng)，其焊接工藝性比普通焊絲更加優(yōu)越，其焊縫焊接過(guò)程生成氣孔、殘留氧化膜夾雜物等缺陷更少，使用效果較好。基于上述光亮焊絲的優(yōu)點(diǎn)及工廠對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量控制的嚴(yán)格要求，對(duì)所購(gòu)置的普通焊絲進(jìn)行光亮化處理，最終達(dá)到原焊絲應(yīng)用規(guī)格4mm、5mm。

基于前期已解決的光亮焊絲焊縫表面問(wèn)題，為進(jìn)一步驗(yàn)證光亮處理后焊絲的焊接性、焊縫質(zhì)量及機(jī)械性能情況，對(duì)項(xiàng)目?jī)?nèi)容進(jìn)行了相關(guān)驗(yàn)證性試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)方案

2.1 實(shí)施方案

為了驗(yàn)證光亮焊絲在我廠產(chǎn)品上推廣應(yīng)用的可行性，針對(duì)鋁合金筒體厚鋁板縱、環(huán)焊縫的焊接進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，光亮焊絲材質(zhì)為5A06，直徑為4.0mm、5.0mm。具體實(shí)施措施如下：

a. 采用規(guī)格為35mm的5A06-H112試板對(duì)5.0mm光亮焊絲進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證，對(duì)試件焊縫進(jìn)行外觀檢查、X射線檢測(cè)，對(duì)焊接接頭進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)；

b. 采用規(guī)格為15mm、20mm的5A06-H112試板對(duì)4.0mm光亮焊絲進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證，對(duì)試件焊縫進(jìn)行外觀檢查、X射線檢測(cè)，對(duì)焊接接頭進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)；

c. 采用規(guī)格為35mm的產(chǎn)品鋁筒對(duì)5.0mm光亮焊絲進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證，對(duì)其焊縫進(jìn)行外觀檢查、X射線檢測(cè)；

d. 采用規(guī)格為14mm、20mm的產(chǎn)品鋁筒對(duì)4.0mm光亮焊絲進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證，對(duì)其焊縫進(jìn)行外觀檢查、X射線檢測(cè)；

e.對(duì)比光亮焊絲與原普通焊絲的焊接結(jié)果，確認(rèn)其替代情況。

2.2 試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)要求

a. 普通焊絲與光亮處理后焊絲力學(xué)性能對(duì)比試驗(yàn)

因普通焊絲在光亮處理過(guò)程中采取了退火處理，為確認(rèn)其退火前后狀態(tài)對(duì)力學(xué)性能的影響，試驗(yàn)過(guò)程抽取4.0mm焊絲進(jìn)行了光亮處理前、后力學(xué)性能對(duì)比驗(yàn)證試驗(yàn)；

b. 在試板和產(chǎn)品上采用普通焊絲與光亮處理后的焊絲焊接后焊縫改觀情況

使用經(jīng)過(guò)光亮處理后的焊絲進(jìn)行焊接試驗(yàn)，焊接參數(shù)與普通焊絲相同，對(duì)焊縫進(jìn)行外觀檢查、X射線檢測(cè)；

c. 光亮焊絲應(yīng)用試驗(yàn)驗(yàn)證及力學(xué)性能驗(yàn)證

使用經(jīng)過(guò)光亮處理后的焊絲，針對(duì)不同厚度的5A06-H112試板進(jìn)行焊接試驗(yàn)，焊接參數(shù)與普通焊絲相同，按照QJ176A—1999《焊接通用技術(shù)條件》中的Ⅰ級(jí)焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)完成對(duì)接焊縫的焊接及檢測(cè)，對(duì)試驗(yàn)達(dá)到Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后的試件截取拉伸試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。焊接試件及焊接要求見(jiàn)表1。其中產(chǎn)品鋁合金筒體涉及鋁板規(guī)格有14mm、16mm、20mm、35mm，因考慮到14mm、16mm規(guī)格鋁板厚度較為接近，故試驗(yàn)方案制定時(shí)采取了規(guī)格為15mm鋁板替代14mm、16mm規(guī)格鋁板。

表1 焊接試件及要求

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 普通焊絲與光亮處理后焊絲力學(xué)性能對(duì)比試驗(yàn)

根據(jù)方案要求，抽取了4.0mm普通焊絲與4.0mm光亮處理后焊絲制成拉伸試件，并進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 普通焊絲與光亮處理焊絲力學(xué)性能對(duì)比

其中，5A06-H18材質(zhì)的鋁合金焊絲硬度較大，光亮處理過(guò)程中，為了光亮處理后所纏繞的焊絲盤(pán)按標(biāo)準(zhǔn)盤(pán)執(zhí)行，且有效控制其放線、送絲應(yīng)用效果，對(duì)焊絲進(jìn)行了退火（軟化）處理。從普通焊絲與光亮焊絲力學(xué)性能對(duì)比結(jié)果看，雖光亮焊絲力學(xué)性能較原供貨狀態(tài)有一定的下降，但完全滿(mǎn)足產(chǎn)品要求的焊接接頭抗拉強(qiáng)度不小于235MPa要求，故確認(rèn)可進(jìn)行焊接接頭試驗(yàn)。

3.2 光亮處理后焊絲應(yīng)用試驗(yàn)驗(yàn)證

3.2.1 試件試驗(yàn)

根據(jù)方案要求，分別用4.0mm普通焊絲、4.0mm光亮處理后焊絲對(duì)規(guī)格為15mm、20mm的鋁板試件進(jìn)行了焊接試驗(yàn)，用5.0mm光亮處理后焊絲對(duì)規(guī)格為35mm的鋁板試件進(jìn)行了焊接試驗(yàn)，并按要求進(jìn)行了X射線檢測(cè)、力學(xué)拉伸試驗(yàn)（說(shuō)明：未對(duì)直徑為5mm普通焊絲進(jìn)行試件焊接試驗(yàn)，通過(guò)產(chǎn)品中隨帶的試件進(jìn)行了力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果的收集對(duì)比）。

3.2.1.1 外觀質(zhì)量檢測(cè)

通過(guò)焊接結(jié)果可確認(rèn)，采用光亮處理的焊絲焊接，焊接飛濺明顯減少，焊縫表面成形較為美觀，如圖1所示。

圖1 光亮焊絲焊接試件（項(xiàng)目2）

采用普通焊絲焊接，焊接表面成形尚可，飛濺相對(duì)較多，試件見(jiàn)圖2。

圖2 普通焊絲焊接試件（項(xiàng)目2）

3.2.1.2 內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)

對(duì)3種規(guī)格試件焊縫進(jìn)行100%X射線探傷檢測(cè)，有效區(qū)域內(nèi)（不包含試件兩端50mm范圍）滿(mǎn)足Ⅰ級(jí)焊縫要求，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3，檢測(cè)結(jié)果表明，較普通焊絲焊接結(jié)果，光亮焊絲內(nèi)部缺陷更少。

表3 光亮焊絲焊接試板X(qián)射線檢測(cè)結(jié)論

3.2.1.3 力學(xué)性能檢測(cè)

利用光亮焊絲焊接試件后，對(duì)試驗(yàn)件接頭進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4，試驗(yàn)情況見(jiàn)圖3。其中實(shí)驗(yàn)要求：b≥235MPa、0.2≥120MPa、≥5%。

表4 光亮焊絲焊接接頭拉伸試驗(yàn)結(jié)果

圖3 拉伸試驗(yàn)

3.2.2 產(chǎn)品應(yīng)用驗(yàn)證

根據(jù)試件試驗(yàn)結(jié)果，在產(chǎn)品上對(duì)4.0mm、5.0mm光亮焊絲進(jìn)行了應(yīng)用性驗(yàn)證，見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 Φ4.0mm光亮焊絲應(yīng)用

圖5 Φ5.0mm光亮焊絲應(yīng)用

通過(guò)對(duì)兩種光亮焊絲在型號(hào)產(chǎn)品上的應(yīng)用，產(chǎn)品焊接質(zhì)量較普通焊絲有所提高，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中取消了焊絲焊前酸洗、繞絲、二次清理等的工作量，大大提高了生產(chǎn)效率。此焊絲的應(yīng)用過(guò)程還按人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)各方面對(duì)其典型產(chǎn)品的應(yīng)用進(jìn)行了驗(yàn)證，各方面均滿(mǎn)足產(chǎn)品生產(chǎn)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

a. 普通焊絲在經(jīng)過(guò)光亮處理后，焊接工藝特性有所改觀，焊縫表面質(zhì)量明顯提高，內(nèi)部缺陷相對(duì)減少，且減省了酸洗、繞焊絲、表面丙酮擦拭等焊前準(zhǔn)備工作量，可大大提高工作效率。

b. 普通焊絲在經(jīng)過(guò)光亮處理后，焊接接頭力學(xué)性能滿(mǎn)足b≥235MPa，0.2≥120MPa，≥5%，使用光亮焊絲獲得的焊縫外觀質(zhì)量、內(nèi)部質(zhì)量滿(mǎn)足I級(jí)焊縫要求，且對(duì)光亮焊絲在產(chǎn)品焊縫焊接中的應(yīng)用過(guò)程，從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)各方面進(jìn)行了確認(rèn)，完全可以進(jìn)行正式產(chǎn)品的焊接應(yīng)用。

1 成大先，王德夫，姬奎生，等. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社，2007

Research on Applicability of Bright Welding Wire in Aluminum Alloy Tube Welding

Guo Chenhao Yan Jiajia Niu Shuaishuai Wang Wenlan Cui Weize Zhang Guodong

(Shanxi Aerospace Qinghua Equipment Co., Ltd., Changzhi 046012)

Based on the advantages of short preparation period, small work and high production efficiency of bright welding wire, and in order to further verify the applicability of welding wire after brightness treatment in product welding, relevant validation tests were carried out for welding quality of bright welding wire, welding quality and mechanical properties of specimens and products. The test used test boards and products of different specifications to compare and analyze the welding results of bright welding wire and ordinary welding wire. The test results show that the welding wire with bright welding wire can improve the welding surface quality and reduce the internal defects, and the mechanical properties of welding joint are similar to that of ordinary welding wire. The bright welding wire fully meets the requirements of the welding performance of the product design.

5A06；light wire；applicability

2018-10-10

郭晨皓（1992），碩士，航空宇航制造工程專(zhuān)業(yè)；研究方向：有色金屬焊接。