摘要：随着世界轨道交通的不断发展，对货车提出了高速﹑重载﹑轻量化的要求。铝合金在货车应用越来越广泛。铝合金焊接底门现已广泛应用于澳大利亚PN车、VCD、神华KM98、KM81、KM100等车型。由于铝合金焊接的特殊性，在大连基地在澳大利亚VCD运煤敞车底门自动焊焊接过程中都不同程度的出现未熔合、气孔、焊缝塌陷、焊接变形等焊接缺陷。笔者通过一系列措施，圆满解决了该问题。
关键词：焊前清理、氩气的选择、焊枪角度、操作方法
铝合金底门采用手工MIG焊，焊后产生成型不良、未熔合、咬边等焊接缺陷。后采用自动焊小车进行焊接，打底焊产生未熔合、气孔、焊缝塌陷、横向变形等缺陷。由于自动焊小车有易操作、受焊工操作技能水平影响较小、焊接成型好的特点，所以决定采用自动焊小车焊接。
1、前期发现的质量问题
1.1未熔合：在打底层的一侧发现未熔合缺陷。
1.2气孔：在焊缝表面发现气孔和夹杂。
1.3焊缝塌陷：焊缝背面产生塌陷。
1.4焊接完成后，底板产生6mm角变形。
2.焊接缺陷原因分析：
2.1未熔合缺陷产生原因：
2.1.1铝合金焊前清理不到位。Al与O2在空气中结合生成致密的Al2O3薄膜，厚度约为0.1μm，熔点高达2050℃，密度大，在焊接过程中氧化膜会阻碍金属之间的良好结合，并且容易造成未熔合和夹杂。
2.1.2焊接时焊丝没有对准焊缝根部，焊缝偏向一侧，在焊趾处形成未熔合。
2.1.3焊枪角度不正确，造成铁水倒前，产生未熔合。
2.1.4合理的焊接规范与弧长调节
2.2气孔和夹杂产生原因：
2.2.1焊接中出现气孔夹杂缺陷主要是因为焊缝坡口清除不干净或者焊丝产生的氧化物污染物。
2.2.2操作者工作中不能及时清理导电嘴与喷嘴上粘附的飞溅，大量的金属飞溅物堵塞喷嘴，照成保护气体供气不顺畅，影响了保护效果。
2.2.3焊丝干伸长度对产生气孔的影响，焊丝干伸长过长，空气容易侵入电弧区出现气孔。焊枪在焊接过程中焊枪与母材焊接方向倾角过大或过小也会出现气孔。
2.2.4空气中的湿度对焊缝产生气孔也有较大影响。当空气湿度大于85%～90%时，产生气孔的倾向急剧增高。
2.2.5采用合格的保护气体，纯度应符合规范。
2.3焊缝塌陷产生原因：
2.3.1铝合金熔化时无色泽变化，铝及铝合金焊接时，由固态转变为液态时，没有明显的颜色变化，给焊接操作带来一定困难,，易产生焊穿和塌陷。
2.3.2保护气体纯度不够或母材清理不到位。
2.4焊接完成后，底板产生6mm角变形
2.4.1未采取工艺措施，造成角变形。
3.优化操作方法与改进措施：
3.1未熔合的改进措施：
3.1.1铝合金材料在加工运输存储过程中，不可避免地粘上油污等脏物，这些有机物质在高温作用下也会产生气孔等缺陷，所以焊接前应将工业丙酮注入矿泉水瓶中，在瓶盖上扎几个小孔，是丙酮能够成雾状喷到铝合金表面，然后用软布将表面油污擦掉。
铝合金焊前打磨主要是为了清除铝合金表面氧化膜，铝及铝合金表面存在一层致密而坚硬的氧化膜，熔点高达2050℃以上，导电性很差，在焊接过程中会产生电弧不稳和气孔，因此焊接铝合金结构前，必须将其清除掉。氧化膜致密而坚硬，采用普通钢丝刷很难将其清除，应采用不锈钢碗刷或千叶片将待焊区域打磨出金属光泽。
3.1.2焊接时焊丝要对准焊缝根部，防止焊偏，操作者要认真操作，及时调整。
3.1.3焊枪角度原来是45°，由于铝合金的比热大，导热速度快。因导热快，散热也快，焊接一般采用能量集中功率大的焊接热源，所以焊接时焊枪角度成90°，一是使热量集中，二可防止铁水倒前，造成未熔合。
3.1.4焊接规范原采用打底层电流210-240A电压20-23V，
盖面焊电流190-218A，电压21.5-24V。
改正后打底层电流180-210A，电压18-21V，（弧长-5）盖面层220-240A，电压20-24V（弧长2）。
由于操作者对福尼斯焊机不太了解，所以焊接焊接规范微调不当。福尼斯所采用的焊接规范调节方式是一元化调节，调节电流电压自动匹配。但该参数不一定最佳参数，需要采用焊接小车上的电压微调键（调节电弧长度）进行调节。（弧长-5）（弧长2）代表调节电弧长度。
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弧长修正为0或弧长设定比较合理时：1 电弧稳定、2 可以几乎无飞溅、3不容易咬边、4 较好的熔深、5热输入量适中、6焊接速度可灵活变化、可操作性好。
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弧长设定的过长时:1电弧漂移、2无飞溅、3容易咬边、 4焊缝过宽、5热输入量大、6焊接速度慢、可操作性差。
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弧长设定的过短时：1 电弧容易熄灭、2飞溅大、3不容易咬变、4焊缝窄、5热输入量小、6焊接速度可快、7可操作性较好。
注：不同的材料，焊丝直径，气体混合，焊接位置，和焊接接头形式需要调节弧长以获得良好的电弧特性。中继电缆的长度对电弧长度也有影响，不同焊机因为焊机的使用性能不同要单独调节，不能一概而论。
3.2气孔和夹杂改进措施
焊接时熔池中的气体在凝固时不能逸出而留下来所形成的空穴称为气孔。铝及铝合金焊接气孔主要是由氢引起的氢气孔。在焊缝的氢气孔一般呈白亮光洁状。气孔破坏了焊缝金属的致密性，削弱了焊缝的有效截面积，降低焊缝的力学性能，尤其是焊缝的弯曲强度和冲击韧性。
3.2.1清理标准同未熔合。
3.2.2操作者应及时清理导电嘴与喷嘴上粘附的飞溅，防止保护气体供气不顺畅，影响了保护效果。
3.2.3尽量采用短弧施焊，焊丝的干伸长度与工件距离应控制在8～12mm；焊炬应做匀速直线运动，焊丝应对准焊缝中心；
3.2.4铝合金对焊接环境要求很敏感，焊接时环境温度10℃，湿度≤70％，作业环境风速不超过2M/s。大连基地潮湿多雨，环境湿度超标，所以需要焊前预热，预热温度在90-110℃，减少气孔产生。
3.2.5采用合格的保护气体，纯度应符合规范；氩气的选择非常重要，氩气的纯度必须达到99.99％。因为氩气纯度不达标，焊后否则焊缝会产生焊缝成形不良、未熔合、焊接时铁水翻浆、焊缝发黑、背面母材塌陷等焊接缺陷。现场调换一瓶氩气后，效果截然不同。氩气（Ar）是惰性气体，既不与金属反应，有不溶于液态金属，同时能量损耗低，电弧燃烧稳定。更由于其密度比空气大，所以保护效果非常好。
3.3焊缝塌陷的防止措施：
3.3.1铝合金焊接打底层时尽量采用合适的焊接规范，打底层电流180-210A，电压18-21V，（弧长-5），电流过大，易产生焊穿和焊缝塌陷。电流过小时，易产生未熔合，成型不良等缺陷。
3.3.2氩气的纯度必须达到99.999％的高纯度氩气。如果保护气体纯度不够或母材清理不到位，易造成正面未熔合，背面焊缝塌陷。
3.4防止焊接变形措施
3.4.1将两个160mm槽钢并排放在底门上，然后将小车轨道放在槽钢上，然后将自动焊小车放在上面。将两个风缸放在两侧压在槽钢上，槽钢不动，小车可掉头焊接两道对接焊缝。预制反变形量8mm，冷却至室温后松开。
4.操作细节：
4.1铝合金底门板和料件在组对前就应该用丙酮和不锈钢碗刷清理干净，不要组对后才进行打磨处理，组对后有的地方清理不到，造成焊接缺陷。
4.2调整好焊接规范后，要在铝合金试板上试焊，不合适在进行微调，调整好焊接规范后方可进行焊接。
4.3焊接时在两端设引收弧板，要求引收弧板的坡口型式和厚度、材质与母材相同。起弧时和收弧时在引收弧板上焊接20mm，将缺陷引出。
4.4小车轨道与焊缝距离要相等，用尺或样板测量距离，防止焊接时调节旋钮时晃动，影响焊接质量。
4.5尽量采用短弧焊接，焊丝干伸长度过长时，电流变小，电弧不稳，易产生气孔、未熔合的缺陷。
4.6将小车各部件固定，防止焊接时晃动。将焊枪甩大弯固定在切割器上，使送丝通畅。
6、结论：
采取了上述一系列措施后，打底层和盖面层未熔合、气孔夹杂、焊缝塌陷、焊接变形和咬边都得到有效控制和改善，圆满解决了该难题。为以后对接坡口的铝合金自动焊焊接提供了解决方案，有较大的借鉴作用。
参考文献：
［1］ 周万胜.姚君山.铝及铝合金的焊接2006-03-01
［2］中国北车股份有限公司.铝合金焊工2015-03-01