基于不同焊接方法的焊缝到胶层安全距离研究

2020-10-22冯嘉雨徐伍刚

有色金属加工 2020年5期

冯嘉雨，徐伍刚，王利，康铭，杨宇

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁辽阳 111003)

轻量化是目前汽车行业的主要发展方向之一，胶接作为一种重要的铝合金连接技术正在得到越来越广泛的应用[1]。固化完成的结构胶为网状或体型的大分子结构，在温度高于其玻璃转化温度条件下发生结构松弛，导致粘接强度有所下降，这种强度的损失是暂时的，会随着温度的下降逐渐恢复；但若温度过高，则会对胶层造成不可逆破坏，导致粘接强度的永久性损失[2]。在白车身或电池盒等铝制部件的制造生产过程中，难免遇到将粘接完成的分总成部件进行焊接拼装的情况，如若焊缝与胶层的距离过近，焊接产生的瞬时高温完全有可能对固化完成的结构胶造成破坏，甚至直接导致胶接接头失效。

本文通过测试和比较MIG电弧焊和激光填丝焊焊缝到丙烯酸酯(MMA)结构胶层的安全距离，为相关产品的结构设计和优化提供参考依据。

1 试验材料及方法

被粘物为150mm×120mm×2mm的6061铝合金板，抗拉强度约320MPa；胶粘剂为双组份丙烯酸酯结构胶，剪切强度约为15MPa；胶接接头结构如图1所示，搭接长度为30mm，胶层厚度约为0.2mm。整板粘接完成后在距胶层边缘一定位置上分别进行MIG电弧焊和激光填丝焊单道堆焊，使用焊丝均为直径1.2mm的ESAB5356焊丝，焊接参数及焊缝位置详见表1。以四步焊接法焊接完成后，舍弃起弧端和收弧端边缘各15mm，锯切成宽30mm单片试样4个，分别进行常温下的拉伸剪切测试，加载速率为9MPa/min[3]。通过失效载荷是否显著减小判定安全距离。

表1 不同焊接方法的焊接参数及焊缝位置

2 试验结果与分析

2.1 MIG电弧焊安全距离

图2和图3分别为焊缝中心至胶层边缘距离10mm和5mm试件的测试后图片，图中箭头为焊接方向；试件的失效载荷见表2。

表2 两组试样的失效载荷(单位：N)

两组剪切测试试样中，仅有5mm组的一个近起弧端试样(图3中4号试样)是胶接接头被拉脱，这是因为铝合金以四步焊接法进行焊接时，电弧需在起弧段作适当停留[4]，导致起弧阶段的热输入量比中段焊缝高出许多，胶层温度更高。仔细观察不难发现，此接头靠近焊缝侧(红圈标记处)属界面破坏，胶层颜色加深，说明瞬间高温足以产生很大的应力并影响结构胶，进而导致一定面积的粘接失效。

其它7个试样，均发生板材断裂，图中胶层是在测试之后被撬开，这是因为6xxx系板材经过电弧焊后有强度损失，依照表2中数据计算约为200MPa～230MPa，此时板材的断裂载荷低于胶接接头失效载荷水平(以参考强度15MPa乘以粘接面积900mm2计，约为13500N)，因为剪切方向上胶接接头的承载能力仍大于母材，所以可以认定10 mm是保证胶层不失效的安全距离。