林相遠，楊振東，林傳冬，鄧 鑫，劉 歡

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003)

短周期拉弧式螺柱焊是汽車行業(yè)中常用的一種螺柱焊接方法[1]。近年來，隨著汽車輕量化的持續(xù)升溫，鋁合金短周期拉弧式螺柱焊的應用也變得逐漸廣泛。鋁合金熔點在660℃左右，而鋁合金氧化膜熔點在2050℃左右。因此，在進行鋁合金焊接前，鋁合金氧化膜對焊接質(zhì)量的影響是必須要考慮的問題。有論文稱在進行鋁合金短周期拉弧式螺柱焊時，焊前母材表面無需進行處理[2]，但并未給出具體試驗細節(jié)及具體影響程度。因此，本文針對鋁合金氧化膜對螺柱焊接頭質(zhì)量的影響進行了具體研究，旨在為焊接工藝人員進行螺柱焊的質(zhì)量控制提供數(shù)據(jù)參考。

1 實驗材料與方法

實驗母材為6111-T4軋制板材，母材規(guī)格為300mm×150mm×2mm，母材化學成分(質(zhì)量分數(shù)，%)為，Si 0.6～1.1，Mg 0.5～1.0，F(xiàn)e 0.4，Cu 0.5～0.9，Mn 0.10～0.45，Cr 0.1，Ti 0.1，Zn 0.15，Al及其它為余量；母材力學性能為，抗拉強度255MPa，屈服強度131MPa，延伸率24.0%。

焊接方法為短周期拉弧式螺柱焊，焊接設備為Taylor i12逆變式螺柱焊機以及DA8-A3螺柱焊槍。焊釘為M6-AlMg5短周期拉弧式螺柱焊釘。實驗時，控制“焊前是否打磨氧化膜”為變量，其余焊接條件相同。焊前打磨氧化膜與焊前未打磨氧化膜的焊接工藝參數(shù)為，焊接電流650A，通電時間50ms，伸出長度2.5mm，提升高度3mm，通氣時間1000ms，氣體流量15L/min；焊接保護氣體為99.99%Ar。其中，母材的氧化膜用碗刷機去除，且去除4h內(nèi)進行螺柱焊接。

焊接完成后依次進行目視觀察、彎曲試驗以及金相觀察，通過結(jié)果數(shù)據(jù)對比焊前打磨氧化膜與焊前未打磨氧化膜對短周期拉弧式螺柱焊接頭質(zhì)量影響的差異。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 目視觀察

依據(jù)ISO 14555-2017標準要求，對螺柱焊接頭的外觀質(zhì)量進行檢測。焊前打磨氧化膜與焊前未打磨氧化膜的焊釘接頭目視觀察如圖1所示，在焊釘?shù)乃闹苡芯鶆虻臑R出環(huán)包裹，滿足ISO 14555-2017標準要求。同時，無論焊前是否打磨氧化膜，焊后的黑灰現(xiàn)象均存在，且無明顯減弱效果。因此，焊前是否打磨氧化膜對焊后的外觀質(zhì)量無明顯影響。

2.2 彎曲試驗

對焊前打磨氧化膜與焊前未打磨氧化膜的試件分別進行60°彎曲試驗，彎曲試驗按照ISO 14555-2017標準進行。彎曲試驗結(jié)果顯示(圖2)，焊前表面打磨氧化膜和焊前表面未打磨氧化膜的接頭，其60°彎曲合格數(shù)量均為10個，不合格數(shù)量均為0，合格率均為100%。其中，彎曲合格的接頭均在釘體處斷裂，滿足ISO 14555-2017標準要求。因此，焊前打磨氧化膜與焊前未打磨氧化膜的接頭均能滿足焊后60°彎曲性能要求。

2.3 金相組織觀察

使用光學金相顯微鏡對彎曲合格的螺柱焊接頭橫斷面分別進行金相組織觀察，結(jié)果數(shù)據(jù)處理如圖3所示，金相結(jié)果如圖4和圖5所示，數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示。由表1可知，若焊前打磨氧化膜后進行螺柱焊焊接，接頭熔深的平均值為0.7mm；有效連接直徑平均值為8.3mm，大于焊釘?shù)墓Q直徑；氣孔寬度的平均值為0.7mm，氣孔寬度占比為8.4%，小于20%，滿足ISO 14555-2017標準要求。若焊前未打磨氧化膜后進行螺柱焊接，則接頭熔深的平均值為0.6mm；有效連接直徑平均值為6.9mm，亦大于焊釘?shù)墓Q直徑；氣孔寬度的平均值為0.4mm，氣孔寬度占比為5.8%，小于20%，滿足ISO 14555-2017標準要求。因此，焊前打磨氧化膜可以在一定程度上增加有效連接直徑，而對于熔深并無明顯影響。同時，焊前打磨氧化膜在一定程度上規(guī)避了氧化膜中水分對焊接質(zhì)量的影響，因此減少了大氣孔的出現(xiàn)概率，使氣孔尺寸占比遠低于20%的要求。

表1 金相觀察結(jié)果匯總

鋁合金的熔點為660℃左右，而鋁合金氧化膜的熔點為2050℃左右。對存在氧化膜的鋁合金母材進行螺柱焊接時，一部分焊接熱輸入用于熔化高熔點的鋁合金氧化膜，剩余部分的焊接熱輸入才作用于鋁合金母材。這也是導致焊前打磨氧化膜時的有效連接直徑要大于焊前未打磨氧化膜時的有效連接直徑的原因。

3 結(jié)論

(1)焊前是否對母材進行氧化膜的打磨，對焊后接頭的外觀質(zhì)量、60°彎曲性能以及接頭的熔深均無明顯影響，且均能滿足ISO 14555-2017標準要求；

(2)焊前對母材進行氧化膜的打磨，可以在一定程度上增加接頭的有效連接直徑，同時減少大氣孔出現(xiàn)的風險。因此，為追求更高的接頭質(zhì)量，建議焊前進行氧化膜的打磨。