摘要：隨著汽車(chē)耐腐蝕性要求的不斷提高，鍍鋅板在汽車(chē)工業(yè)中得到了普遍的應(yīng)用，MAG焊接鍍鋅板工藝也得到了廣泛的應(yīng)用。本文通過(guò)對(duì)汽車(chē)鍍鋅鋼板碳鋼絲MAG焊接工藝特征進(jìn)行分析，以期可以?xún)?yōu)化相關(guān)工藝。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)鍍鋅板;碳鋼焊絲;MAG焊接技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：U466 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

在鋼的許多腐蝕防護(hù)方法中，鍍鋅是一種非常有效且廉價(jià)的方法。鍍鋅鋼板越來(lái)越多地用于汽車(chē)生產(chǎn)中，以改善汽車(chē)的整體防腐蝕性能。重要的承重焊接結(jié)構(gòu)，例如車(chē)身結(jié)構(gòu)、底架結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，主要通過(guò)MIG和MAG焊接。但是，鍍鋅鋼板表面鋅層的沸點(diǎn)非常低。因此，鋅的蒸發(fā)因?yàn)橹T如飛濺、氣孔和裂紋的焊接缺陷而使焊接困難。所以必須要處理好MAG焊接過(guò)程中產(chǎn)生的飛濺等問(wèn)題。

1鍍鋅板MAG焊接概述

MAG焊接原理模型如圖1所示。構(gòu)成焊接工藝的要素主要包括焊接電源、焊絲、保護(hù)氣體和焊接機(jī)器人。該焊接工藝的原理是將焊絲和工件作為電極的兩個(gè)極，焊接電源將電極之間的保護(hù)氣體電離，以提供能量來(lái)產(chǎn)生電弧。電弧的高溫會(huì)使焊絲和工件熔化，并且在焊接氣體的保護(hù)下可以形成良好的焊接。在焊接過(guò)程中，焊絲通過(guò)焊槍被連續(xù)地供應(yīng)到熔池，并且焊槍沿著焊縫做順時(shí)針移動(dòng)。

在實(shí)際應(yīng)用中，由于MAG焊接工藝使用具有高氬含量的氣體，降低了液滴轉(zhuǎn)移的頻率并增加了電弧燃燒時(shí)間。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是，不同組分的氣體比例不同時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致電弧的電場(chǎng)也會(huì)因?yàn)殡S之改變而不同。當(dāng)氣體混合物中的CO₂含量降低時(shí)，CO₂的分解會(huì)削弱電弧壓縮，從而降低電場(chǎng)強(qiáng)度。

在相同電流下，電弧越寬越長(zhǎng)，液滴轉(zhuǎn)變頻率就會(huì)變得越低。由于氬氣的散熱能力很差，也會(huì)降低電弧的場(chǎng)強(qiáng)，電弧路徑會(huì)隨之?dāng)U散，使電弧長(zhǎng)度變長(zhǎng)。同時(shí)，因?yàn)殇\蒸發(fā)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力也干擾液滴的輸送，所以液滴的頻率也會(huì)降低。另外，焊接鍍鋅板時(shí)可以看到液滴沒(méi)有明顯的“向上偏轉(zhuǎn)”，因此電弧路徑可以有效地延伸而沒(méi)有電磁力和點(diǎn)壓力，從而防止了電弧路徑下降。

2 MAG焊接工藝缺陷分析

MAG焊接工藝在焊接鍍鋅板時(shí)的直觀缺陷主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：飛濺、氣孔和裂紋形成。

2.1飛濺

垂直于陡降外部特性的電源具有恒定電流特性，電弧周期電流不受電弧長(zhǎng)度變化的影響，因此焊接過(guò)程非常穩(wěn)定。但是，由于短路電流小，因此在小的標(biāo)準(zhǔn)焊接條件下不利于電弧點(diǎn)火和熔滴推力傳遞。如果飛濺變化基本上等于垂直陡降特性，則波浪仍會(huì)出現(xiàn)在短路的盡頭，但是隨著外部阻力的增加，過(guò)沖會(huì)增加，動(dòng)作時(shí)間也會(huì)增加。此時(shí)，很容易用強(qiáng)大的低速聲波反射大顆粒。

2.2氣孔

在非穿透性激光焊接中，低碳鋼厚板的深熔焊容易在焊縫中產(chǎn)生氣孔。原因是在一定的焊接速度下，激光功率越小，線能量越小，熱量輸入越少。熔池的冷卻時(shí)間非常短，當(dāng)激光功率低時(shí)，熔化寬度變窄，熔化池中包含的保護(hù)氣體形成的氣泡以及冶金反應(yīng)形成的氣泡，逸出范圍小，金屬導(dǎo)熱率高，熔化池保持液態(tài)。時(shí)間非常短，冷卻和凝固速度很快，氣泡不易從熔池中逸出，因此它們保留在焊縫中并形成更多的孔。

氣體源的基礎(chǔ)材料，濕焊絲和不純保護(hù)氣體中的硫含量可能很高?？拷牡膮^(qū)域冷卻較快，且保護(hù)氣體包含20%的C₂，具有很強(qiáng)的冷卻效果，可以加速熔融的全金屬凝固，并且為時(shí)已晚，氣泡無(wú)法逸出并形成孔。如果焊縫未完全滲透，則很容易在焊縫底部出現(xiàn)大孔。這意味著在滲透過(guò)程中，一些氣體會(huì)從焊縫的背面釋放出來(lái)，而沒(méi)有滲透就很難逸出而形成較大的孔。

2.3裂紋

在厚鋼板的焊接中會(huì)出現(xiàn)更多的裂紋。單道次焊接具有較大的熱量輸入和多次焊接。焊接熱應(yīng)力和其他脆性因素的結(jié)合作用破壞了金屬原子的結(jié)合力并形成了裂紋，其中熱裂紋是主要原因。

首先，中心線位置最終被固化，并且可能包含雜質(zhì)，最終分離出雜質(zhì)和低熔點(diǎn)共晶。如果焊接金屬的外部應(yīng)力和凝固收縮足夠大，則在凝固過(guò)程存在低熔點(diǎn)雜質(zhì)?？p隙被撕裂，沒(méi)有足夠的液態(tài)金屬填充縫隙，形成了裂縫。

其次，在覆蓋面的MAG焊接期間，大量的熱量輸入和不均勻的熱量分布使原始的復(fù)合焊縫軟化并在冷卻過(guò)程中增加。由于應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋。

第三，焊接過(guò)程中晶界的低熔點(diǎn)材料通過(guò)快速加熱而在焊接線外部的金屬中液化，并且顆粒熔化沿著晶界局部發(fā)生。在冷卻過(guò)程中發(fā)生收縮，晶間液化層出現(xiàn)裂紋。該區(qū)域中大量的合金元素會(huì)導(dǎo)致一些金屬化合物分解，但可能沒(méi)有時(shí)間擴(kuò)散并形成裂紋。

3焊接工藝缺陷的技術(shù)優(yōu)化

3.1飛濺和氣孔的優(yōu)化

由于飛濺和氣子L的形成都是由于熔滴過(guò)渡和鋅蒸汽過(guò)多排出所致，研究認(rèn)為，解決該技術(shù)缺陷的主要措施是減少熔滴過(guò)渡和鋅蒸汽的過(guò)多排出，故對(duì)焊接工藝參數(shù)做出如表l所示的優(yōu)化。

（1）針對(duì)鋅蒸汽過(guò)多排出的參數(shù)優(yōu)化

通過(guò)多次試驗(yàn)驗(yàn)證，焊接過(guò)程中試驗(yàn)數(shù)據(jù)里的飛濺程度很小，但在引弧過(guò)程中仍存在飛濺現(xiàn)象，但屬于可接受程度。對(duì)于焊接過(guò)程中孔隙的形成問(wèn)題，試驗(yàn)數(shù)據(jù)上各別焊縫上有少許明顯的空隙，這在常規(guī)情況下是允許的。造成其形成的因素可能與實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行搭接操作時(shí)鋅蒸汽較多，表面焊接過(guò)程力氣體更難釋出有關(guān)。但由于鍍鋅鋼板上的鋅層比較薄，焊接時(shí)不會(huì)溶解過(guò)多的鋅，在常規(guī)操作下當(dāng)溫度達(dá)到一定條件時(shí)，鋅蒸汽可以有效地順利排出。

（2）針對(duì)焊接過(guò)程熔滴過(guò)渡的優(yōu)化

焊接質(zhì)量是根據(jù)焊縫中的氣子L和飛濺物的數(shù)量來(lái)判斷的，孔隙和飛濺越小，質(zhì)量越高。從飛濺控制的角度來(lái)看，應(yīng)盡可能避免熔滴過(guò)渡現(xiàn)象。如果需要滲透，最好不要在焊接后添加墊片。由于焊縫的滲透，熔池迅速接觸到背面的銅塊，導(dǎo)致鋅在熔池中沉淀，使得鋅在測(cè)試板背面迅速蒸發(fā)，從而導(dǎo)致熔池中產(chǎn)生飛濺。

此類(lèi)情況的發(fā)生不僅對(duì)熔融金屬的擴(kuò)散有很大影響電弧溫度越高，電流越大，就越有利于液態(tài)金屬的流動(dòng)，焊縫寬度將逐漸增加，因此必須控制電流以保證焊縫尺寸。由于控制了焊縫的大小，要想達(dá)成焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良的要求，就需要在每個(gè)焊縫的連續(xù)焊接進(jìn)行增多，則最終呈現(xiàn)的工藝就越好。以上方法用于焊接時(shí)，就不會(huì)因?yàn)槿鄣芜^(guò)渡而產(chǎn)生大的飛濺。

3.2針對(duì)裂紋的優(yōu)化

為了減少裂紋的發(fā)生，保護(hù)施工環(huán)境和焊接區(qū)域非常重要，因?yàn)楸仨毞乐闺娀嵩诤缚p中產(chǎn)生粗大的結(jié)構(gòu)，并防止焊接后冷卻過(guò)程中由于空氣污染引起的脆化結(jié)構(gòu)?？紤]到保護(hù)效果，焊接時(shí)應(yīng)盡可能使用大直徑的噴嘴，并適當(dāng)減小噴嘴與接頭之問(wèn)的距離以增強(qiáng)保護(hù)。鎢電極的延伸長(zhǎng)度應(yīng)短一些，以使熔融金屬不會(huì)阻塞視線。

氬氣的流動(dòng)對(duì)保護(hù)焊的質(zhì)量有重大影響。過(guò)大的流量不易形成穩(wěn)定的氣流層，相反，在受保護(hù)區(qū)域會(huì)形成湍流，使有害氣體浸入熔池中。此外，過(guò)多的氣流會(huì)加速熔池的冷卻速度，并且更容易在焊縫表面開(kāi)裂。由于氣流太小且保護(hù)裝置未安裝到位，因此保護(hù)氣體的量應(yīng)足夠。