3104罐体针孔缺陷原因分析

温庆红，王 剑

（西南铝业（集团）有限责任公司，重庆 九龙坡 401326）

3104罐体针孔缺陷原因分析

温庆红，王 剑

（西南铝业（集团）有限责任公司，重庆 九龙坡 401326）

采用体视镜、扫描电镜和能谱分析设备，对3104易拉罐的针孔缺陷进行了宏观、显微形貌特征及能谱结果综合分析。结果表明，罐体针孔缺陷形成原因是由于该部位存在氧化膜缺陷，在冲罐过程中暴露出来所致。

3104合金；易拉罐；变薄拉伸；针孔缺陷

0 前言

易拉罐的生产要经40多道工序。其中和铝板材性能相关的主要工序有：落料、冲杯、变薄拉深、修边、冲洗、外印、内喷涂、烘干、缩颈、翻边等。铝板材必须具有适当的强度和良好的深冲成型性，以保证连续冲制变薄拉深工序和烘烤后的屈服强度。

易拉罐的成形过程为：落片→冲杯→一次变薄拉伸→二次变薄拉伸→三次变薄拉伸→修边→颈缩壁厚0.09mm（见图1）。罐壁变薄拉伸是冲头引领杯体通过拉伸模，在拉伸模的约束作用下强制金属变形减薄完成的（见图2），罐体的变薄拉伸过程是在高速下完成的，每分钟达到200～300罐，即在0.2～0.3s内完成一个罐体的三次变薄拉伸过程。变薄拉伸过程中罐体通过拉伸模时受到的拉力、摩擦力非常大，若板材存在冶金缺陷使其所在区域金属塑形、强度不能满足变薄拉伸的最低要求，极易造成断罐；若缺陷尺寸小，尽管不会造成断罐，却会导致制罐企业另一个大的问题—针孔罐。针孔罐检出难度大，漏检危险性高。针孔罐在制罐企业如果不能剔除，包装饮料后漏液，漏出的饮料所污染的饮料包装件将全部由制罐企业赔偿。因此，要求成品罐体针孔罐发生率低于百万分之三。

图1 易拉罐的成形过程

图2 罐壁变薄拉伸示意图

1 样品来源

从某制罐厂商处取了3个3104合金针孔罐缺陷样品，经观察，缺陷均在罐身且已穿孔，缺陷样品宏观形貌见图3（图3中圈内所示均为针孔缺陷部位）。本文对样品缺陷进行分析。

图3 样品宏观形貌

2 宏观观察

在样品针孔部位取样后在体视镜下观察，样品缺陷部位典型宏观形貌见图4。由图4知，各样品缺陷部位内、外表面的宏观形貌均呈裂口状。

图4 各样品针孔缺陷部位内、外表面宏观形貌

3 扫描电镜及能谱观察

将各样品沿缺陷部位撕开，各样品缺陷部位断口电镜形貌基本一致（见图5），图5中箭头所示为缺陷部位；由于各样品缺陷部位的能谱结果基本相当，样品典型缺陷、正常部位能谱结果及其部位见表1、表2、图6和图7。

由图5看出，各样品缺陷部位均存在黑灰色颗粒物，呈典型夹杂物的形貌特征。由表1、表2知，各样品缺陷部位的黑灰色物质主要含O、Mg、Al元素，结合其显微形貌特征，样品黑灰色物质为氧化膜。

图5 各样品缺陷部位SEM形貌

表1 样品缺陷部位能谱结果

表2 样品正常部位能谱结果

图6 样品缺陷部位

图7 样品正常部位

4 分析讨论

3104合金中含有1.3%左右的镁。在铝合金熔炼铸造过程中，由于镁具有更高的活性，更易与空气中的氧结合形成氧化镁产物。通常情况下，铝合金熔体表面会自然形成氧化铝薄膜，氧化铝薄膜具有致密度高、密闭性能好的特点，可以保护熔体不被继续氧化。但是，氧化镁却具有松脆多孔的特性，它使得氧化铝薄膜的致密性和连续性遭到不同程度的破坏，使氧化铝薄膜的柔韧性下降，对熔体的保护能力降低，氧化铝氧化膜混合物（尖晶石类）极易随着熔体的扰动破碎而裹入熔体，形成氧化膜夹杂缺陷。因此，在易拉罐用3104合金熔铸过程中，熔体的精炼净化、在线过滤就显得尤为重要。

本次故障表现为针孔罐率偏高，断罐率正常，说明熔铸过程中的偶然因素造成了局部氧化膜破损，少量破碎的氧化膜裹入熔体并遗传到制品中，形成罐体针孔缺陷。偶然现象可以排除熔体精炼净化或过滤的问题。从过滤箱出口，经过流槽、流盘、下注嘴、分流袋到结晶器的过程中，熔体处于一种流动状态，液流的任何扰动都有可能造成熔体二次污染。

经过对熔铸现场勘察，过滤箱出口存在清渣不彻底的问题，致使液流在该处发生紊流。经过处理后，后续生产的产品中未再出现氧化膜类型针孔缺陷。

5 结论

通过对各样品的缺陷部位的宏观、显微形貌特征及能谱结果进行综合分析，罐体针孔缺陷形成原因是由于该部位存在氧化膜缺陷，在冲罐过程中暴露出来所致。

（编辑：杨毅）

Analysis on Porosity Defect Cause of 3104 Can Body

WEN Qing-hong， WANG Jian
(Southwest Aluminum (Group) Co.，Ltd.，Chongqing 401326， China)

Stereoscope，scanning electron microscope and energy spectrum analysis instrument were used to analyze the porosity defects of 3104 can. The results show that the cause of can porosity is oxidation film existed in its location.

3104 alloy; can; ironing; porosity defect

TG339，TG115.21+3.3

A

1005-4898(2014)01-0014-03

10.3969/j.issn.1005-4898.2014.01.03

温庆红（1972-），女，重庆人，高级工程师。

2014-01-06