应用技术交通建设 铝合金薄板Ｍ ＩＧ焊送丝速度优化研究 陈刚辉，宋强，邱学胜，谭旺有，詹广劲 （广东南车轨道交通车辆有限公司，广东江门５２９１００） 摘要：为了提高轨道交通铝合金车体生产的焊接效率和质量，对铝合金脉 中ＭＩＧ焊接的送丝速度和焊接速度进 行了优化研究。主要通过不同的焊接实验，根据焊接质量等级要求的定义，对焊缝宽度、焊缝截面进行了测定，得出 了最优化的焊接送丝速度和焊接速度，达到了提高焊接效率和质量的目标。 关键词：脉冲ＭＩＧ焊；焊接速度；送丝速度；焊缝质量 Ｕ刖吾 铝合金车体因具有耐腐蚀、质量轻巧、外观平整、 材料可再生利用环保等特点，在轨道交通行业备受青 睐，尤其是在动车组、高铁车辆制造上具有其它材料 不可替代的功能。近年来铝合金车体得到了迅速的发 展，在欧洲城市轨道交通车辆上铝合金车体占有７Ｏ％ 的市场份额，在世界高铁车辆上其比例高达９５％以 上。铝合金车体多数采用全焊接结构，每辆车的焊缝 长度超过２０００米，是车辆的主要承载部件，与行车安 图１焊接原理示意图 Ｕ 全系数息息相关。提高焊接效率和质量是铝合金车体 制造过程中当前亟需解决的难题，焊接的效率和质量 主要受焊接电压与电流、送丝速度、焊接速度、保护气 流量等工艺参数的影响。本文主要研究了薄板ＭＩＧ焊 送丝速度和焊接速度两者之间的关系，得出了最优的 ２试验方法 ２．１试验准备 本次试验选取３种焊接速度对应ｌ０种不同的送丝 速度进行研究，理论上应做３０组焊接试验，按照表ｌ进 参数，提高了铝合金车体生产的效率和质量。 行焊接前的准备工作，试件使用轨道交通车体广泛使用 的日系牌号Ａ５０８３Ｐ＿０板材．其化学成分如表２所示。 １ ＭｌＧ焊简介 脉冲熔化极氩弧焊，简称“ＭＩＧ”焊，因其具有热功 表１焊接试验准备 焊接设备 ＫＥＭＰＰＩ手工ＭＩＧ焊机．型号：ＦａｓｔＭｉｇ Ｐｕｌｓｅ ３５０（￣冷） 焊接工装 焊接工作台 率大、线能量高、能量集中和保护效果好等工艺特点， 在轨道交通铝合金产品焊接行业得到了广泛的运用。 ＭＩＧ焊接是目前发展速度最快的一种弧焊工艺，起源 工具 干伸长度 风动打磨机、丙酮、白棉布 １５ｍｍ 保护气体 填充材料 ９９．９９９％高纯氩气，气体流量２０Ｕｍｉｎ 焊丝：ＥＲ５３５６‘ｐ１．２ｒａｍ 于美国，１９４８年被首次应用于工业领域。ＭＩＧ焊通常 被定义为丝状电极的金属极电弧焊．在焊接过程中， 试件材 料，规格 Ａ５０８３Ｐ一０，３０Ｏｍｍ×１５０ｍｍ×２ｍｍ（３Ｏ组试验，共需６Ｏ块） 惰性气体覆盖住焊接区域，避免熔化金属的氧化。焊 接电弧的起弧过程为焊丝接触导电嘴获得电压．和设 备地线构成焊接回流，使电弧能够在焊丝端部和工件 之间燃烧，焊接保护气体通过喷嘴流出，覆盖住焊接 区域，形成焊接冶金过程．原理如图１所示。 ３６ 厂东科技２０１６１第２期 表２ Ａ５０８３Ｐ—Ｏ板材化学成分（执行标准：ＪＩＳ ４１００—１９９９） 元素 Ｓｉ Ｆｅ Ｃｕ Ｍｎ Ｍｇ Ｃｒ Ｚｎ ＿ｒｉ 其它 Ａｌ 含量百分 ０．４０ ０．４０ Ｏ．１Ｏ ０．４０～ ４．Ｏ～ Ｏ．Ｏ５一 Ｏｌ２５ Ｏ．１５ Ｏ．Ｏ５ Ｏ．１５ 残余 比（％） ｍａｘ ｍａｘ ｎｌａｘ １．Ｏ ４．９ Ｏ．２５ ｍａｘ ｎｉｃｋ ｌｎａｘ ｍａｘ ２－２试验步骤 （１）焊前分析及准备。使用丙酮将板材焊缝周围 油污清理干净，使用不锈钢丝刷将待焊区域周围 ２０ｍｍ一３０ｍｍ打磨至母材露出金属光泽．且打磨后在 ４小时内完成焊接。因为铝及铝合金表面容易形成一 层致密而坚硬的氧化膜，其熔点高达３０００度以上．导 电性很差，在焊接过程中会引起电弧不稳和气孑Ｌ。另 外，在母材表面的油污在高温作用下也会导致焊缝产 生气孔等缺陷，焊接示意图如２所示 『 垂ｆｔ ｌ Ｉ Ｉ 图２焊接示意图 口 驶 图３焊缝宽度与焊缝性能关系 １ ０ 。＿。 ０ ６ 寸口 蔫¨ 蝌 驶０ ２ 焊缝背透宽度（姗） 图４焊缝背透与焊缝性能关系 （２）焊接试验。在焊接工作台上将板材进行组 装并点固焊，如图２所示，使用不锈钢钢丝碗刷将焊 趟 图５焊缝截面积与焊缝性能关系 缝黑灰打磨干净进行满焊，焊接参数按照表３所示依 次进行；焊接完成后再次将焊缝表面黑灰打磨干净； 为方便后续的测量．对每组试验的焊接试件进行编号 并用黑色油性记号笔做好标记。 表３焊接工艺参数 试件组别 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ 电流（Ａ） １６０ １６０ １６０ １６０ ｌ６０ ｌ６０ ｌ６Ｏ ｌ６Ｏ １６０ １６Ｏ 电压（Ｖ） ２２．５ ２２．５ ２２．５ ２２．５ ２２．５ ２２．５ ２２．５ ２２．５ ２２．５ ２２．５ 电流种类 ＤＣＥＰ ＤＣＥＰ ＤＣＥＰ ＤＣＥＰ ＤＣＥＰ ＤＣＥＰ ＤＣＥＰ ＤＣＥＰ ＤＣＥＰ ＤＣＥＰ 和极性 送丝速度 ６（．５ ７．０ ７．５ ８．Ｏ ８．５ ９．０ ９．５ ｌＯ．０ １０．５ １１．Ｏ ｍ／ａｒｉｎ） 焊接速度 ０．７ ０．７、 ０．７、 ０．７、 ０．７、 ０．７、 ０．７、 ０．７、 Ｏ．７、 ０．７、 （ｒｎ／ｍｉｎ） ０．１８５、 ０．８５、 Ｏ．８５ ０．８５、 ０．８５、 ０．８５、 Ｏ．８５、 ０．８５、 ０．８５、 ０＿８５、 ．０ 】．０ １．０ １，０ １．０ １．０ 】，０ １．０ １．０ １．０ 说明：共进仃３０组焊接试件．电流、电压等焊接参数相同，送丝速厦和焊接 速度为变量。 （３）试验数据处理。本次试验通过焊缝外形及断 面融合情况对焊缝性能进行评定，从而分析试验接头 焊缝性能与焊接速度和送丝速度三者之间的联系，得 出最优化的焊接速度和送丝速度；根据标准的定义， 本次试验中２ｍｍ搭接接头。当焊缝宽度约为４．５ｍｍ， 焊缝未透过背面．焊缝截面积约为９ｍｍ 时。焊缝系能 系数最佳；焊缝宽度、背透宽度及焊缝截面积与焊缝 性能关系分别如图３、４、５所示。 使用钢直尺测量记录每组试件的焊缝正面和背透 宽度；再使用台式带锯加工焊缝截面，并用千叶片将截 面打磨平整，使用１０％的ＮａＯＨ溶液腐蚀焊缝截面，约 ｌＯｍｉｎ焊缝区域变为暗黑色后，用清水将溶液清洗干 净，使用钢直尺测量记录每组试件的焊缝截面积。 ３试验结果 分别记录每组不同焊接参数对应的焊缝宽度、背 广东科技２０１６１第２期３７ Ｉｌ应用技术交通建设 透宽度及焊缝截面积数据．如表４所示，根据实验的 测量数据，根据图３、４、５对应的数据，在坐标上进行 捕点，记录不同焊接速度、送丝速度情况下的焊缝性 参考文献： ［１］宋强，尹志奋，陈刚辉等．一种热处理强化铝合金脉冲ＭＩＧ焊１ 艺 研究［Ｊ］．广东科技，２０１５．３：３６—３８． 能系数值，如图６所示。 表４试件焊缝宽度 焊接速度 ｆ ｍ／ａｉｒｎ） ［２］王炎金．铝合金车体焊接工艺［Ｍ］．北京：机械丁业出版社，２０１１．６：： ５２—５３． Ｏ．作者简介：陈刚辉（１９９０一），男，助理Ｔ程师，本科，从事铝合金 Ｏ．８５ １．Ｏ ７ 车体ｒｒ艺］＿作；宋强（１９８４一），男，本科，国际焊接丁程师，从事 铝合金焊接工艺Ｔ作；邱学胜（１９８７一），男，本科，助理Ｔ程师， 送丝速度 焊缝正 焊缝背 焊缝截 焊缝正 焊缝背 焊缝截 焊缝正 焊缝背 焊缝截 （ＩＴｌ／ｍｉｎ） 面宽度 透宽度 面积 面宽度 透宽度 面积 面宽度 透宽度 面积 ｛ｍｍ） （ｍｍ） （ｍｍ ） 【】ｎｍ） 【ｍｍ Ｊ （ｍｍ！） （ｍｍ） ｌｍｍ Ｊ （ｍｍ ） ６ ５ ２ ９８ ０ ２．２４ ７．０ ４ ７４ Ｏ ８．３５ ２ ６３ ０ ４．１６ ７．５ ５ ２５ Ｏ ９．４７ ３ ５１ ０ ５．Ｏ９ ２．９８ Ｏ ２．９４ ８ ０ ６．４９ ２．４６ ｌ２ Ｏ９ ４ ２ｌ ０ ５．７９ ３．１６ Ｏ ３．９３ ８．５ ８．２５ ６．１４ ２０．０８ ５＿２６ ０ ８．１２ ３．５１ ０ ５＿２８ ９．０ ８．４５ ７．１９ ２４０８ ６．Ｊ４ ２ ２８ ｌ１．４７ ４．２ｌ ０ ５；９５ ９．５ ６．４９ ４．９１ １６４６ ５．７９ ２ ９８ ８．７４ １０ ０ ７．１９ ５．６ｌ Ｉ８．４５ ５．９６ ３．１６ １Ｏ．９３ ｌ０ ５ ７ ５４ ６．６７ Ｉ９．４９ ６．１４ ４７４ ｌ４＿２２ ｌｌ Ｏ ７．６９ ７ ７２ １ ５＿３６ ６ １６ ５．０９ ２１．６５ 《皿 楚 送丝速度（ｍ／ｍｉｎ） 图６送丝速度和焊接速度与焊缝系能关系 ４结论 （１）本次试验２ｒａｍ，Ａ５０８３Ｓ一０铝合金板材搭接接 头．ＭＩＧ焊最优的焊接速度为０．７￣ｍｉｎ，最优的送丝 速度为７ｍ／ｒａｉｎ： （２）铝合金Ｍ］Ｇ焊缝性能与焊接速度及送丝速度 相关．只有在最优范围内的焊接速度和送丝速度进行 焊接，焊缝性能才能达到最佳状态，在最优范围外，随 着焊接速度和送丝速度的增大和减小，焊缝系能逐步 降低； （３）焊接速度与送丝速度成正比关系，随着焊接 速度的增加，相应最优的送丝速度增加。 ３８ 厂东科技２０１６ 第２期 从事铝合金车体１二艺工作。
