6系铝合金板CMT弧焊工艺研究

杨海 王付才 胡杰 李慎国

摘要：本文通过对3mm厚的6061-T6铝合金板进行脉冲弧焊焊接试验，研究了不同工艺参数条件下，焊接接头所能达到的强度及接头效率。

关键词：铝合金;CMT;强度

中国分类号：TG938 文献标识码：A

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 x60 mm x3 mm，化学成分如表1所示。

试验设备为TPS2700型CMT焊机，保护气为gg.gg%氩气，流量为20 L/min，焊缝坡口形式为I型（1=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 .g%，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。

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-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。

如图6所示，通过观察filler A 4043、filler A_5356及Fi||er 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%。刚ler 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。

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：3mm厚的606-1-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，接頭强度严重降低，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。

【参考文献】

[1] 马鸣图，易红亮，路洪洲，等.论汽车轻量化[J]中国工程学，2009，11（9）：20-28.

[2] 刘礼军，鄢江武，燕翔，等.6061铝合金Mig/TiG焊焊接接头性能对比研究[J].轻合金加工技术，201 4，42（10）：54-57.

[3] 徐国建，王子建，杭争翔.薄板铝合金的CMT焊接工艺[J].沈阳工业大学学报，2018，40（6）：637-642.