来源：《新技术新工艺》杂志
作者：熊林玉，高彦军，史红臣，等
摘要：针对3mm 5A06铝合金，进行了不同间隙及错缝量的冷金属过渡焊（CMT）工艺试验，并分析了间隙和错缝对接头成形及力学性能的影响。试验结果表明，间隙的存在会使保护效果受到影响，接头正面发黄，背面会出现焊丝送入时戳出的凹凸不平现象，当间隙较大时，焊缝背面会出现明显的氧化发黑现象，接头强度和延伸率随着间隙的增大而有一定程度的下降，建议工程中工件局部间隙≤0.5mm；错缝的存在，导致焊缝出现了不对称，高度低的一侧背部焊缝随着错缝量的增加边缘急剧过渡，随着错缝量的增大，接头强度和延伸率均呈下降趋势，建议工程中工件整体错缝量不超过厚度的15%，局部错缝量不超过厚度的20%。
冷金属过渡焊（Cold Metal Transfer，CMT）是福尼斯公司在MIG/MAG基础上开发的一种适合薄板和超薄板的焊接方法。整个焊接过程为闭环数字化控制，起弧后焊丝熔化形成熔滴，熔滴长大与工件接触形成短路，系统检测到短路信号后，电流立刻转变为小的短路电流，同时焊丝自动回抽，使熔滴脱落；熔滴脱落之后，控制系统再次提高焊接电流，同时送入焊丝再次引燃电弧，开始新一轮的焊接过程，这种冷-热之间的交替变化大大降低了焊接热量。本文进行了不同间隙和错缝对5A06铝合金CMT焊接接头成形及性能影响的试验，为工程应用提供建议和参考。
1试验过程
试验采用3mm厚5A06—Y2铝合金，焊丝牌号为ER5356，直径为1.2mm。板材及焊丝化学成分分别见表1和表2。焊接电源为福尼斯TPS 4000 Advanced，焊枪运动轨迹和焊接速度通过机器人进行设定和控制。
将板材切割成长300mm、宽150mm的试板，长度方向为板材轧制方向，用120#汽油擦拭除油，然后进行酸洗。焊接前，佩戴洁净帆布手套，用刮刀刮除待焊区表面氧化膜，露出金属光泽。焊接采用的垫板如图1所示，焊漏槽宽度为20mm，深度为8mm，焊接在背部悬空状态下进行。
模拟间隙时，在试板起始和结束处塞入不同厚度（0.3、0.5和0.7mm）的垫片，制出不同的间隙；模拟错缝时，在试板一侧垫不同厚度（0.5、1.0和1.5 mm）的垫片，形成不同的错缝量。间隙及错缝示意图如图2所示。
采用的焊接参数如下：电流为76A，脉冲修正1.0，焊接速度为0.4m/min，保护气体为氩气，流量为20L/min。
2试验结果
2.1 间隙对接头成形及性能的影响
不同间隙焊后接头形貌如图3所示。从图3中可见，当存在间隙时，由于保护效果受到影响，接头正面发黄，正面高度显著下降，背面高度显著提高，且背面出现了焊丝送入时戳出的凹凸不平现象；随着焊接过程中的收缩，后半部分成形逐渐好转（见图3b），但是当间隙为0.7mm时，正面焊缝出现了下凹，焊接起始区背部焊缝出现了明显的氧化发黑现象（见图3c）。随着焊接过程中的收缩，后半部分未出现氧化发黑现象，但是背部仍然出现了凹凸不平的现象，这些现象均是间隙过大造成的。
不同间隙下接头力学性能见表3。由表3可知，随着间隙的增大，接头强度和延伸率均有一定程度的下降。间隙为0.3和0.5mm时性能相当，与无间隙时比较，强度下降约7%，延伸率下降约11%；当间隙为0.7mm时，强度下降11.6%，延伸率下降23.5%；因此，在工程中采用CMT焊接5A06铝合金时，建议工件局部间隙≤0.5mm。
2.2 错缝对接头成形及性能的影响
不同错缝量时接头的正反面成形如图4所示。从图4中可见，当存在错缝时，由于两侧高度差导致焊缝出现了不对称，高度低的一侧背部焊缝随着错缝量的增加边缘过渡更加急剧。
从力学性能数据（见表4）来看，随着错缝量的增大，接头强度和延伸率均呈下降趋势。当错缝量达到厚度的16.7%（即0.5mm）时，较无错缝时接头抗拉强度下降约4.7%，延伸率下降约24%；当错缝量达到厚度的33%（即1.0mm）时，强度下降约14.4%，延伸率下降41.3%；当错缝量达到厚度的50%（即1.5mm）时，强度下降24.4%，延伸率下降48.6%。错缝的存在导致接头在拉伸时存在一定的附加弯矩，错缝量越大附加弯矩越大，显著降低了接头的延伸率；因此，在工程中采用CMT焊接5A06铝合金时，建议工件整体错缝量不超过厚度的15%，局部错缝量不超过厚度的20%。
3结语
由3mm厚5A06铝合金板材不同间隙及错缝量CMT工艺试验结果可以得出如下结论。
1）当存在间隙时，由于保护效果受到影响，接头正面发黄，正面高度显著下降，背面高度显著提高；由于间隙的存在，背面出现了焊丝送入时戳出的凹凸不平现象，当间隙较大时，焊缝背面会出现明显的氧化发黑现象；随着间隙量的增大，接头强度和伸长率均有一定程度的下降。在工程中采用CMT焊接5A06铝合金时，建议工件局部间隙≤0.5mm。
2）当存在错缝时，由于两侧高度差导致焊缝出现了不对称，高度低的一侧背部焊缝随着错缝量的增加边缘急剧过渡；随着错缝量的增大，接头强度和伸长率均呈下降趋势；错缝的存在导致接头在拉伸时存在一定的附加弯矩，错缝量越大，附加弯矩越大，显著降低了接头的伸长率。在工程中采用CMT焊接5A06铝合金时，建议工件整体错缝量不超过厚度的15%，局部错缝量不超过厚度的20%。
作者简介：熊林玉（1979-），女，博士，高级工程师，主要从事铝合金焊接等方面的研究。
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