5A06-H18普通焊絲的光亮化改進(jìn)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(zé)任公司,山西 長治 046004)

0 引言

目前，山西航天清華裝備有限責(zé)任公司(以下簡稱“清華裝備”)承制的多種航天產(chǎn)品的焊接均采用鋁合金全自動(dòng)粗絲MIG焊方式，產(chǎn)品基材為5A06鋁合金，所選用的焊絲為東輕生產(chǎn)的5A06-H18普通焊絲。5A06-H18普通焊絲在使用前需要進(jìn)行化學(xué)清洗(酸洗)，以減少焊縫缺陷的產(chǎn)生，且為防止二次污染，酸洗后不能擱置太久，需盡快實(shí)施焊接。此外，該種焊絲以非標(biāo)線盤供貨，焊前需根據(jù)焊機(jī)的送絲輪進(jìn)行二次纏繞，費(fèi)時(shí)耗力，且在使用過程中部分產(chǎn)品焊縫出現(xiàn)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(jìn)研究并進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證。

1 5A06-H18普通焊絲使用現(xiàn)狀

5A06-H18普通焊絲在焊接前需要按清華裝備的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《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，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(nèi)使用，否則會造成焊絲表面被二次污染，影響產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。此外，該焊絲以非標(biāo)線盤供貨，使用時(shí)還需耗費(fèi)一定的時(shí)間來根據(jù)焊機(jī)的送絲輪進(jìn)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(jìn)及應(yīng)用情況分析

為了提高清華裝備承制的鋁合金結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和焊縫質(zhì)量，對目前使用的5A06-H18普通焊絲開展光亮化處理研究。經(jīng)光亮化處理后的焊絲表面可以形成一層致密的保護(hù)層，不需要再對焊絲進(jìn)行酸洗處理，且焊絲表面有保護(hù)層，短期內(nèi)不會被氧化，開封后保存、待用時(shí)間均可延長。此外，經(jīng)光亮化處理后焊絲的焊接工藝性比普通焊絲更加優(yōu)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(yōu)點(diǎn)及清華裝備對產(chǎn)品質(zhì)量控制的嚴(yán)格要求，依據(jù)MIG焊所需的焊絲規(guī)格(Φ5 mm、Φ4 mm、Φ1.6 mm)采購部門與焊材生產(chǎn)公司進(jìn)行協(xié)作，委托焊材制造廠家將東輕生產(chǎn)的5A06-H18普通焊絲(規(guī)格為Φ5.5 mm、Φ5 mm、Φ3 mm)進(jìn)行光亮化處理，最終達(dá)到MIG焊所需的規(guī)格。

2.1 焊絲光亮化處理流程

委托焊材生產(chǎn)公司對現(xiàn)有5A06-H18普通焊絲進(jìn)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(guī)格為Φ4 mm和Φ5 mm的焊絲光亮處理流程相同，采用圈絲生產(chǎn)工藝；規(guī)格為Φ1.6 mm的焊絲光亮處理流程稍有不同，采用盤絲生產(chǎn)工藝。

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

(2) 盤絲生產(chǎn)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(yàn)→入庫。

上述流程均滿足焊材生產(chǎn)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋁及鋁合金焊絲》的生產(chǎn)工藝要求。

2.2 光亮焊絲應(yīng)用情況

針對成品規(guī)格為Φ1.6 mm、Φ4 mm、Φ5 mm的光亮焊絲分別進(jìn)行了焊接試驗(yàn)，焊后發(fā)現(xiàn)其焊縫表面均有明顯的發(fā)灰、發(fā)黑現(xiàn)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(zhì)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(jīng)過一道橢圓度精整，為提高精整設(shè)備的使用壽命，焊絲生產(chǎn)廠家在該裝置上增加了涂油潤滑措施。分析認(rèn)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(jīng)過超聲波清洗，為提高其自動(dòng)送絲的順暢度，在超聲波清洗后、層繞前需涂潤滑油保護(hù)(該潤滑油在70 ℃～80 ℃可完全氣化揮發(fā)，不影響焊接)，此工藝方法在細(xì)絲焊絲中均有應(yīng)用(行業(yè)內(nèi)通用)，對焊接無任何影響，故可排除其生產(chǎn)過程的二次污染的可能。

(3) 環(huán)境污染：從生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境分析，光亮化處理現(xiàn)場整體不具備無塵、無污染的條件，精刮現(xiàn)場、包裝現(xiàn)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(fā)現(xiàn)其表面存在不同程度的“小坑”，在進(jìn)行0.03 mm～0.04 mm的刮削時(shí)無法將其全部清理掉，同時(shí)焊接操作人員也反饋焊絲存在肉眼可見的微小黑點(diǎn)，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(nèi)含主要十種微量元素，其中某元素在一定溫度退火時(shí)可能出現(xiàn)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(yīng)，故會在熔池表面形成發(fā)灰、發(fā)黑的雜質(zhì)產(chǎn)物，待熔池固化后固覆在焊縫表面，即焊縫表面出現(xiàn)發(fā)灰、發(fā)黑現(xiàn)象。

3 焊絲光亮化工藝優(yōu)化及驗(yàn)證

3.1 工藝優(yōu)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(fā)灰、發(fā)黑現(xiàn)象等問題采取了工藝優(yōu)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(jìn)行調(diào)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(shí)微量元素?zé)龘p而浮在熔池表面形成固化后的“灰、黑”現(xiàn)象。

3.2 應(yīng)用驗(yàn)證

對光亮焊絲焊后出現(xiàn)發(fā)灰、發(fā)黑現(xiàn)象所采取的工藝優(yōu)化措施進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證，采取焊接試板的方式進(jìn)行，得到的光亮焊絲工藝優(yōu)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(qiáng)度等指標(biāo)進(jìn)行了考核。考核結(jié)果表明：經(jīng)過工藝優(yōu)化后的光亮焊絲不僅解決了其成品焊縫表面發(fā)灰、發(fā)黑的現(xiàn)象，同時(shí)X射線探傷、接頭拉伸強(qiáng)度等指標(biāo)也滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

圖3 光亮焊絲工藝優(yōu)化后的焊縫

4 結(jié)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(shí)對光亮焊絲在航天產(chǎn)品上應(yīng)用的可行性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。