6系铝合金板CMT弧焊工艺研究

杨海、王付才、胡杰、李慎国

（江西江铃集团新能源汽车有限公司 330000）

由于石油能源和环保问题的日益严峻，各国对节能减排日趋重视，汽车轻量化成为实现上述目标的重要途径[1]。相关研究表明[2]，汽车质量减轻10%，对应的油耗将减少6%～8%，排放减少10%，制动距离减少5%，加速时间减少8%等。汽车轻量化技术主要分为材料、结构和工艺3方面，轻量化材料的连接工艺是轻量化技术的重要部分，其中MIG/MAG焊是目前应用广泛且经济的连接工艺，但热输入较大，尺寸精度较难控制，焊接接头强度损失较大。CMT（Cold Metal Transfer）是在此基础上开发出来的冷金属过度弧焊，在电弧产生的过程中，焊丝向熔池中运动，当焊丝伸及熔池时，电弧熄灭，焊丝回抽来促进融滴分离。焊丝回抽运动可达90次/s，飞溅少，热输入量低，可实现薄板焊接。本文根据某公司全铝车身焊接需要，对6061-T6铝合金的CMT焊接进行了接头强度验证。

1 试验材料与设备

焊丝选用2种型号，分别为ER4043和ER5356，直径均为1.2 mm，试验材料为6061-T6铝合金，尺寸为120 mm×60 mm×3 mm，化学成分如表1所示。

试验设备为TPS2700型CMT焊机，保护气为99.99%氩气，流量为20 L/min，焊缝坡口形式为I型（I=0），采用一元参数单面焊接，焊接前用钢丝去除表面氧化皮，焊接完成后去头去尾25 mm。采用体式显微镜分析焊缝断面，采用万能拉力试验机分析焊缝接头强度,每组强度测试平行样3组。

2 结果与分析

2.1 母材强度

6061-T6母材平均强度为301.7 MPa，平均延伸率为11.9%，断裂区域位于标距内，断裂位置有可见颈缩。如图1所示为6061-T6母材拉伸试样断裂情况。

图1 6061-T6母材拉伸试样断裂情况

2.2 焊接工艺参数对焊缝强度的影响

焊接参数调节采用CMT一元参数调节，电流参数分别为100 A、110 A、120 A和130 A，对3 mm厚度的6061-T6铝合金板进行对接试验，对焊缝表面外观、焊缝强度及横断面形貌进行观察和分析。如图2～图5所示为用型号4043的焊丝B，通过调节焊接电流（100 A、110 A、120 A和130 A），观察焊缝接头的变化情况。通过观察发现，CMT焊接飞溅较少，随着焊接电流的增加，焊缝铺展性能更好，当焊接电流为100 A和110 A时，焊接接头没有焊透，存在裂缝，进行拉力试验后，断在焊缝处且断口无颈缩。当焊接电流为120 A和130 A时，焊缝接头焊透，不存在裂缝，进行拉力试验后，断在距离焊缝中心大约12～15 mm处的热影响区，断口处有轻微颈缩。

表1 6061-T6铝合金化学成分

图2 焊丝B_4043焊接电流100 A时焊接接头

图3 焊丝B_4043焊接电流110 A时焊接接头

图4 焊丝B_4043焊接电流120 A时焊接接头

图5 焊丝B_4043焊接电流130 A时焊接接头

如图6所示，通过观察Filler A_4043、Filler A_5356及Filler B_4043三种焊丝的焊缝可知，当焊接电流为100 A和110 A时，焊缝强度大约为90.0～120.0 MPa，原因为焊缝没有焊透，底部存在裂缝，在进行拉伸时，存在应力集中的情况，导致焊缝强度较低。当焊接电流为120 A和130 A时，焊缝强度较高，最佳焊接电流对应的焊缝强度为193.2～203.6 MPa，接头效率大约为66%。Filler B焊丝在焊接电流为100 A、110 A和120 A时，焊缝强度较低，只有120.0～130.0 MPa；在焊接电流为130 A时，焊缝强度较高，为194.8 MPa。

图6 焊接电流对焊缝强度的影响

2.3 焊丝型号对焊缝强度的影响

对2种焊丝品牌的2种型号焊丝4043和5456进行了焊接试验。结果发现，对于A品牌焊丝，在最优焊接电流条件下，4043焊丝焊缝强度为202.7 MPa；5356焊丝焊缝强度为203.6 MPa。对于B品牌焊丝，在最优焊接电流条件下，4043焊丝焊缝强度为193.2 MPa；5356焊丝焊缝强度为194.8 MPa。所以4043和5356焊丝对于6系铝合金焊接焊缝强度影响相差不大[3]。

3 结束语

通过以上试验分析，可以得到以下结论：3 mm厚的6061-T6铝合金板脉冲弧焊焊接对接接头强度为190.0～200.0 MPa，接头效率约为66%，接头断在热影响区；当对接接头没焊透情况下，接头强度严重降低，只有90.0～130.0 MPa，接头效率约为35%，接头断在焊缝处；采用2种焊丝型号ER4043和ER5356焊接，接头强度无明显差异。