铝合金加工中焊接成型的缺陷控制方法研究

郐忠和

（一汽解放传动事业部零部件厂，吉林 长春 130022）

在金属材料的加工过程中，焊接就是通过加热、高温或高压的方式来接合不同金属的金属合成工艺[1]。焊接技术是随着人类社会对合金的应用而衍生出来的[2]。在古老的商朝就出现了利用铁和铜在高温下的融合来制作青铜器等金属焊件[3]。随着现代工业化社会对合金需求量的大幅度提升，焊接技术也正在飞速的发展和创新中。其中铝合金制品已经是高速动车组制造中的关键材料之一，所以对于铝合金制品的需求量也日益剧增[4]。在铝合金加工过程中，焊接成型过程中，时常由于铝合景表面上出现过多的缺口，而直接降低了所加工出产品的质量[5]。本文针对铝合金加工过程中，焊接阶段所产生过多的缺陷问题，进行了深入的研究。铝合金加工过程中的缺陷是特指在焊接过程中，由于熔池中的气泡没有在合金凝固前及时的溢出，导致在铝合金制品上存在的空洞[6]。这种造成铝合金表面上有空穴的现象，叫做铝合金成型成品的缺陷。缺陷的形成是铝合金加工中最常见的常见问题：在焊接过程中，由于大量的缺编问题，就会降低焊接夹缝的受力截面，严重时甚至会造成焊接夹缝的疏松和脱落，进而极大的降低铝合金制品的产品质量。下文为具体的减少缺陷控制方法来解决铝合金焊接加工中的缺陷问题。

1 铝合金焊接加工过程中缺陷的控制方法

1.1 横浇道的设计

铝合金焊接过程中最大的缺陷问题，就是由于漏气导致的铝合金表面的气孔过多，从而降低了铝合金的质量。本文通过设计出横浇道的方法来控制表面上过多气孔的生成。横浇道是指从在焊接过程中，融合的金属在通过直浇道末端到内浇口之间的增加的通道，从而保证了在焊接过程中不被有漏气的情况；根据其应用的部分横浇道可分为主横浇道和过渡横浇道。其中主横浇道是为了保证直浇道流来的熔融液体能在特定的温度、速度和压力作用下，平稳地疏松到内浇道内部，从而使熔融液体成理想流向填充型腔。横浇道的截面积要保证熔融液体在从直浇道起到内浇口止的过程中无外泄的可能性的情况下，最大限度缩小。因为如果在横浇道处出现截面积过大的话，熔融液体在流到内浇道过程中会出现减压的现象，进而导致分型面上的空气倒吸，增加金属液流动过程中的涡流。此外横浇道的厚度和程度一定有严格的控制。先说厚度，如果横浇道过薄，则保温性能差，会使熔融液体因温度降低而凝固;若横浇道过厚时冷却速度缓慢，也会影响铝合金的生产效率，并且消耗大量的成分。再说保持一定长度的目的，主要是保证熔融液体的稳流和导向运动。横浇道的基本形式有扇形浇道、等宽浇道、字型浇道、锥形切向浇道、圆形浇道等。横浇道的截面形状有梯形、长梯形、圆形等。在确定横浇道截面积后，可根据以下公式计算横浇道的深度和宽度。

式中：D为横浇道的深度；Ar为横浇道的截面积；K为横浇道的宽度；k1、k2为系数。

1.2 添加横浇道设备的控制操作步骤

要想保证横浇道的设计可以有效的实施，就必须对相关的焊接工作人员进行横浇道设计理论的普及教育。在有横浇道参与的焊接操作步骤为：首先在焊接工作之前必须清除焊缝、焊丝等区域的污垢、杂质、水分、油污、锈蚀等；其次在将横浇道接入直浇道末道与内浇道之间的接口出；随后将内部注入冷水，来检测装置是否接好；然后在保证了气密性的条件下，使用气密性良好的管路进行焊接操作，要注意焊枪角度是否正确；焊接的电弧稳定且不宜太长；尽量避免在同一部位重复起弧，需重复起弧时要打磨接头；焊丝伸出长度、喷嘴与焊件间距离合适；坡口间隙合理；焊接过程后要确保焊接电弧3m范围内的空气湿度小于85%～95%；之后在焊接重点位置时，可以采取相关措施适当降低环境湿度；最后在焊条暴露在空气中指定的时间之后，应当展开重新烘干，切记不可使用未达标的焊接材料。

2 模拟实验

2.1 实验材料

实验所用的材料522铝合金板，尺寸规格为：550mm*650mm*23mm（长*宽*高）。本实验对材料的要求：所选取的铝合金表面不允许存在有裂纹、硝盐痕迹和腐蚀斑点；将所选取的铝合金板共分成六等分，其中三个采用传统方法来进行焊接加工操作，另外三个铝合金板采用添加横浇道的控制方法来进行焊接加工操作。焊接完成之后，将两种方法得到的六个铝合金加工成品分为三组，并将其编号为为1、2、3。并借助光学显微镜，来统计每组中的两个铝合金成品的缺陷个数。每组均为一个传统方法和一个添加横浇道方法得到的成品混合。

2.2 结果分析

将两种方法得到的铝合金成品中的缺陷个数进行对比，其结果如图1所示。

图1 为两种方法得到成品的缺陷程度的对比结果

图中左边为传统方法得到的铝合金加工成品，其成品中缺陷个数为13或14；右边为添加横浇道控制方法得到的铝合金加工成品，其成品中的缺陷个数为12或13；由此可证明横浇道设备的使用价值。添加横浇道设备的缺陷控制方法，可以得到缺陷个数更少的高质量铝合金材料。因此可以判定横浇道设备具有实用价值，可应用于铝合金焊接加工的生产中。

3 结语

本文通过介绍了一种铝合金焊接成型中减少表面气孔的缺陷控制方法，来辅助铝合金焊接技术的顺利完成。铝合金焊接产生的缺陷的主要原因共有五种。焊接的过程中需要焊接工作人员对焊接的每一个环节进行质量控制。从焊前的清理、焊接工艺的选择、焊接工艺纪律的执行以及对焊接操作人员的质量意识的严格要求等多个方面，都是控制焊接缺陷产生的有效措施。为了保证控制方法合理的应用，就必须提高焊接工作人员的基本素质。要让相关的工作人员理解成型中的缺陷会对铝合金造成巨大的影响，进而自发的去避免可能造成缺陷的机会，从而从根本上提供铝合金的产量。