于 欣

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼陽111003）

0 前言

在汽車制造業(yè)日益重視節(jié)能、環(huán)保的迫切形勢(shì)下，減輕汽車自重以降低能耗、減少廢氣排放和提升效率已經(jīng)成為各大汽車企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力的重要方向。使用鋁合金代替鋼鐵材料則是各國(guó)汽車制造商采用的主要減重手段之一。汽車質(zhì)量每減重1%，可節(jié)省燃料消耗0.6%～1.0%。如果每輛轎車減重100kg，那么行駛100km可減少油耗0.48L[1-3]。其明顯的減重節(jié)能效益使汽車鋁材和鑄材的用量與日俱增。其中鑄鋁主要應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)、輪毅、前后副車架等部件上。

A356鑄造鋁合金具有優(yōu)良的鑄造性能、熱處理性能、加工性能、良好的強(qiáng)度、韌性和導(dǎo)熱導(dǎo)電性能、制造成本低廉等一系列的優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為汽車工業(yè)中應(yīng)用廣泛的Al-Si系鑄造鋁合金[4]。然而隨著汽車等工業(yè)不斷進(jìn)步和發(fā)展，在實(shí)際的生產(chǎn)中部分A356鑄造鋁合金工件需要通過焊接與其它車身部件進(jìn)行連接。

本文對(duì)汽車前副車架上截取的A356-T6鑄造鋁合金試件與擠壓型材6005A-T6進(jìn)行對(duì)接和搭接的焊接試驗(yàn)，并通過一系列的焊接檢驗(yàn)手段測(cè)試試驗(yàn)件中焊接接頭的性能。實(shí)驗(yàn)證明采用傳統(tǒng)的焊接方式和設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)這兩種材料的焊接連接，而且還可以降低設(shè)備成本。此實(shí)驗(yàn)豐富了汽車零部件的連接材料和連接方式的嘗試，是一次積極的連接方式與材料性能的探索。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)采用高強(qiáng)度真空低壓壓鑄件A356-T6，使用砂型與金屬鑄造相結(jié)合的方式鑄造，鑄件抗拉強(qiáng)度225MPa，厚度為4mm，主要成分非常接近中國(guó)的合金代號(hào)ZL101（鋁合金鑄造行業(yè)視其為一種合金鋁鑄件，GB/T 1173-1995標(biāo)準(zhǔn)中ZL對(duì)應(yīng)的合金牌號(hào)是ZAlSi7Mg，其標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)成分見表1）。鋁合金型材6005A-T6的標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)性能為225MPa，其化學(xué)成分見表2。

表1 ZL101鋁合金化學(xué)成分表（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

表2 6005A鋁合金化學(xué)成分表（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)方案見表3。鑄件A356-T6規(guī)格為180mm×100mm×4mm，6005A-T6型材規(guī)格為180mm×100mm×4mm。首先，進(jìn)行一組MIG焊對(duì)接試驗(yàn)，其中對(duì)接接頭焊接坡口70°，對(duì)接焊縫的焊接參數(shù)見表4。組對(duì)間隙0～0.5mm，焊絲為伊薩鋁合金焊絲，牌號(hào)SAL5356，直徑φ1.2。然后，模擬實(shí)際產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行3組MIG焊搭接試驗(yàn)，焊接設(shè)備為TPS5000福尼斯焊機(jī)，同時(shí)進(jìn)行6組TIG焊搭接試驗(yàn)與搭接試驗(yàn)做對(duì)比。焊接設(shè)備為PanasonicYC-300wx松下焊接機(jī)，焊絲同為伊薩鋁合金焊絲，牌號(hào)SAL5356，直徑φ2.4。

對(duì)比分析焊接接頭和原鑄件的力學(xué)性能，原鑄件力學(xué)性能試樣選取位置如圖1所示，對(duì)接焊縫接頭選取位置如圖2所示。對(duì)MIG、TIG焊搭接接頭進(jìn)行低倍組織檢測(cè)，截取位置見圖3。另外6組TIG搭接試件的取樣方法與MIG焊接試件相同。

表3焊接試驗(yàn)方案

表4對(duì)接試板焊接參數(shù)

圖1基材力學(xué)試驗(yàn)截取位置

圖2焊接接頭力學(xué)試驗(yàn)截取位置

圖3 MIG搭接及低倍取樣位置

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 M IG對(duì)接焊縫PT檢測(cè)

對(duì)接焊接后的試件先進(jìn)行目視檢測(cè)（ISO 17637），檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行后續(xù)滲透檢驗(yàn)（ISO 23277）。檢測(cè)結(jié)果表明，焊接試件經(jīng)表面目視和滲透檢測(cè)合格，未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)的缺陷，但是表面目視可以檢驗(yàn)相對(duì)宏觀一些的缺陷，滲透檢測(cè)能發(fā)現(xiàn)表面微小的開口缺陷，但是對(duì)于近表面的和內(nèi)部缺陷需要進(jìn)行射線透照才能發(fā)現(xiàn)。

2.2 MIG對(duì)接焊縫RT檢測(cè)

目視檢測(cè)、滲透檢測(cè)合格后進(jìn)行射線（RT）檢測(cè)。射線（RT）檢測(cè)結(jié)果表明，RT射線底片上顯示沒有焊接缺陷，說明上述焊接工藝符合要求，焊接參數(shù)選擇合理，焊接操作規(guī)范。焊后的試板達(dá)到了力學(xué)檢測(cè)的要求，可以進(jìn)行后續(xù)的力學(xué)試驗(yàn)檢測(cè)。

2.3 MIG對(duì)接焊縫力學(xué)性能檢測(cè)

射線（RT）透照合格后可進(jìn)行焊接接頭的力學(xué)檢驗(yàn)，這點(diǎn)對(duì)于焊接的性能檢測(cè)尤為重要。鑄件A365-T6基材和鑄件A365-T6+型材6005A-T6的焊接接頭力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果見表5。其中試件1-1#和1-2#為對(duì)接接頭的力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果，2-1#和2-2#則是基材的力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果。力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果表明，鑄件焊接性能較好，氣孔傾向較小，試件2-1#、2-2#的強(qiáng)度分別為291MPa和295MPa，與型材焊接后1-1#、1-2#的焊接接頭強(qiáng)度均為215MPa，焊接接頭系數(shù)約為73%。對(duì)接焊縫的檢測(cè)結(jié)果證明這兩種材料的可焊性符合鋁合金焊接相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

表5力學(xué)檢驗(yàn)對(duì)比結(jié)果

2.4 MIG對(duì)接焊縫低倍檢測(cè)

為了更深入觀察焊縫內(nèi)部熔合情況，將對(duì)接接頭再進(jìn)行破壞性低倍宏觀檢測(cè)，其形貌如圖4所示。從圖4可知，焊縫處均未發(fā)現(xiàn)氣孔、未熔合等缺陷，焊縫質(zhì)量良好。

圖4 MIG焊對(duì)接接頭低倍宏觀檢測(cè)試樣

2.5 MIG搭接焊縫低倍檢測(cè)

采用MIG搭接焊接方法模擬產(chǎn)品前后副車架的焊接，對(duì)其搭接接頭進(jìn)行截面低倍檢測(cè)，結(jié)果如圖5所示。從圖5可知，采用MIG搭接焊接方法的接頭熔合良好，但出現(xiàn)少量氣孔。

圖5 MIG焊搭接接頭低倍宏觀檢測(cè)試樣

2.6 TIG搭接焊縫低倍檢測(cè)

為了豐富產(chǎn)品焊接操作的多樣性和選擇性，增加了6組TIG焊的搭接對(duì)比試驗(yàn)，以此與MIG搭接焊的熔合情況做對(duì)比，焊后的焊縫低倍宏觀檢驗(yàn)如圖6所示。

圖6 TIG焊搭接接頭低倍宏觀檢測(cè)試樣

3 結(jié)論

汽車材料日益復(fù)雜多樣化，現(xiàn)階段鋁合金作為存儲(chǔ)非常豐富的材料被越來越多的應(yīng)用到車身上以達(dá)到減重增里程的目的，但鋁合金又是一種焊接后強(qiáng)度會(huì)下降的材料，所以異種鋁材料車身結(jié)構(gòu)想通過焊接來達(dá)到連接的目的需要進(jìn)行系統(tǒng)化的試驗(yàn)做論證方可應(yīng)用于汽車零部件的生產(chǎn)制造中。此次試驗(yàn)結(jié)果表明鑄件A365-T6與6005A-T6的異種材料可以實(shí)現(xiàn)一般鋁合金材料的焊接強(qiáng)度，這兩種材料也成功應(yīng)用于高端汽車的前后副車架與主梁的焊接連接中。但需注意的是在應(yīng)用于零部件結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)采用更加合理的結(jié)構(gòu)連接形式來補(bǔ)強(qiáng)焊縫焊接后的強(qiáng)度損失。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：

（1）本試驗(yàn)表明鑄件A365-T6與6005A-T6的異種材料焊接性能可以達(dá)到鋁合金焊接的要求，但鑄件的壁厚要控制在8mm以內(nèi)，鑄件與型材壁厚差不能過大。

（2）搭接接頭的產(chǎn)品可以通過對(duì)接接頭來驗(yàn)證異種材料的可焊性，并增加模擬產(chǎn)品的搭接接頭形式來仿真測(cè)試產(chǎn)品焊接結(jié)構(gòu)可行性。

（3）鑄件和型材的焊接更適合使用MIG焊，焊接參數(shù)要合理，TIG焊的角焊縫根部不易熔合。

（4）類似的焊接試驗(yàn)過程中應(yīng)盡可能排除環(huán)境和影響焊接結(jié)果的因素。