（江鈴汽車股份有限公司 330001）

0 引言

在鋼的許多腐蝕防護方法中，鍍鋅是一種非常有效且廉價的方法。鍍鋅鋼板越來越多地用于汽車生產(chǎn)中，以改善汽車的整體防腐蝕性能。重要的承重焊接結(jié)構(gòu)，例如車身結(jié)構(gòu)、底架結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，主要通過MIG 和MAG 焊接[1]。但是，鍍鋅鋼板表面鋅層的沸點非常低。因此，鋅的蒸發(fā)因為諸如飛濺、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 焊接過程中產(chǎn)生的飛濺等問題。

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、保護氣體和焊接機器人。該焊接工藝的原理是將焊絲和工件作為電極的兩個極，焊接電源將電極之間的保護氣體電離，以提供能量來產(chǎn)生電弧。電弧的高溫會使焊絲和工件熔化，并且在焊接氣體的保護下可以形成良好的焊接。在焊接過程中，焊絲通過焊槍被連續(xù)地供應到熔池，并且焊槍沿著焊縫做順時針移動。

在實際應用中，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，就會導致電弧的電場也會因為隨之改變而不同。當氣體混合物中的CO2含量降低時，CO2的分解會削弱電弧壓縮，從而降低電場強度。

圖1 MAG 焊接原理模型圖

在相同電流下，電弧越寬越長，液滴轉(zhuǎn)變頻率就會變得越低。由于氬氣的散熱能力很差，也會降低電弧的場強，電弧路徑會隨之擴散，使電弧長度變長。同時，因為鋅蒸發(fā)產(chǎn)生的空氣動力也干擾液滴的輸送，所以液滴的頻率也會降低。另外，焊接鍍鋅板時可以看到液滴沒有明顯的“向上偏轉(zhuǎn)”，因此電弧路徑可以有效地延伸而沒有電磁力和點壓力，從而防止了電弧路徑下降[3]。

2 MAG 焊接工藝缺陷分析

MAG 焊接工藝在焊接鍍鋅板時的直觀缺陷主要體現(xiàn)在3 個方面：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度變化的影響，因此焊接過程非常穩(wěn)定。但是，由于短路電流小，因此在小的標準焊接條件下不利于電弧點火和熔滴推力傳遞。如果飛濺變化基本上等于垂直陡降特性，則波浪仍會出現(xiàn)在短路的盡頭，但是隨著外部阻力的增加，過沖會增加，動作時間也會增加。此時，很容易用強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。熔池的冷卻時間非常短，當激光功率低時，熔化寬度變窄，熔化池中包含的保護氣體形成的氣泡以及冶金反應形成的氣泡，逸出范圍小，金屬導熱率高，熔化池保持液態(tài)。時間非常短，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，濕焊絲和不純保護氣體中的硫含量可能很高[4]?？拷牡膮^(qū)域冷卻較快，且保護氣體包含20%的CO2，具有很強的冷卻效果，可以加速熔融的全金屬凝固，并且為時已晚，氣泡無法逸出并形成孔。如果焊縫未完全滲透，則很容易在焊縫底部出現(xiàn)大孔。這意味著在滲透過程中，一些氣體會從焊縫的背面釋放出來，而沒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)和低熔點共晶。如果焊接金屬的外部應力和凝固收縮足夠大，則在凝固過程存在低熔點雜質(zhì)?？p隙被撕裂，沒有足夠的液態(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合焊縫軟化并在冷卻過程中增加。由于應力而產(chǎn)生裂紋。

第三，焊接過程中晶界的低熔點材料通過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導致一些金屬化合物分解，但可能沒有時間擴散并形成裂紋。

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

由于飛濺和氣孔的形成都是由于熔滴過渡和鋅蒸汽過多排出所致，研究認為，解決該技術(shù)缺陷的主要措施是減少熔滴過渡和鋅蒸汽的過多排出，故對焊接工藝參數(shù)做出如表1所示的優(yōu)化。

（1）針對鋅蒸汽過多排出的參數(shù)優(yōu)化

通過多次試驗驗證，焊接過程中試驗數(shù)據(jù)里的飛濺程度很小，但在引弧過程中仍存在飛濺現(xiàn)象，但屬于可接受程度。對于焊接過程中孔隙的形成問題，試驗數(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驗室進行搭接操作時鋅蒸汽較多，表面焊接過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，焊接時不會溶解過多的鋅，在常規(guī)操作下當溫度達到一定條件時，鋅蒸汽可以有效地順利排出。

（2）針對焊接過程熔滴過渡的優(yōu)化

焊接質(zhì)量是根據(jù)焊縫中的氣孔和飛濺物的數(shù)量來判斷的，孔隙和飛濺越小，質(zhì)量越高。從飛濺控制的角度來看，應盡可能避免熔滴過渡現(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，導致鋅在熔池中沉淀，使得鋅在測試板背面迅速蒸發(fā)，從而導致熔池中產(chǎn)生飛濺。

表1 參數(shù)優(yōu)化對比表

此類情況的發(fā)生不僅對熔融金屬的擴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，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，要想達成焊接質(zhì)量優(yōu)良的要求，就需要在每個焊縫的連續(xù)焊接進行增多，則最終呈現(xiàn)的工藝就越好。以上方法用于焊接時，就不會因為熔滴過渡而產(chǎn)生大的飛濺。

3.2 針對裂紋的優(yōu)化

為了減少裂紋的發(fā)生，保護施工環(huán)境和焊接區(qū)域非常重要，因為必須防止電弧熱在焊縫中產(chǎn)生粗大的結(jié)構(gòu)，并防止焊接后冷卻過程中由于空氣污染引起的脆化結(jié)構(gòu)。考慮到保護效果，焊接時應盡可能使用大直徑的噴嘴，并適當減小噴嘴與接頭之間的距離以增強保護。鎢電極的延伸長度應短一些，以使熔融金屬不會阻塞視線。

氬氣的流動對保護焊的質(zhì)量有重大影響。過大的流量不易形成穩(wěn)定的氣流層，相反，在受保護區(qū)域會形成湍流，使有害氣體浸入熔池中。此外，過多的氣流會加速熔池的冷卻速度，并且更容易在焊縫表面開裂。由于氣流太小且保護裝置未安裝到位，因此保護氣體的量應足夠。