空心鋁型材的焊合質量問題淺析

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　　前言

　　盡管精心設計和制造模具，不斷提高技術水平，甚至采用CAD/CAM系統，力求設計和制造出盡可能完美的工模具，但由于擠壓型材斷面（詞條“斷面”由行業大百科提供）形狀日逐繁多和復雜，對尺寸精度要求越來越高，以及擠壓生產各種工藝因素的影響和變化等，使得設計制造出的模具生產出來的型材，仍能出現這樣或那樣的缺陷。

　　空心鋁型材是一種常見的裝飾材料和工業型材。對于空心型材而言，焊縫的質量直接影響著鋁型材自身的質量。如果焊縫質量不過關，鋁型材經表面處理后出現黑帶或色差嚴重，就會導致產品報廢，造成無可挽回的損失。因此針對空心鋁型材的焊縫形成機理進行分析，保證空心鋁型材的焊縫質量。

　　一、焊縫形成的機理

　　金屬經過分流孔分成幾股重新聚集在焊合室，由于分流橋的存在，橋底不可避免形成金屬流動的剛性（詞條“剛性”由行業大百科提供）區，使該處金屬原子的擴散結合速度較慢，金屬的組織致密度降低。所以用分流組合模擠壓型材將不可避免存在焊縫;但良好的焊縫可使型材在經表面處理后避免出現或減輕黑帶這樣的現象。要保證焊縫的質量，必須使焊合室焊縫處金屬能充分擴散結合，否則，將形成疏松、顆粒粗大并與其它部位的組織不均一，因此，變形程度要大一些，特別是焊合室的金屬變形量要大，以形成較大的流體靜水壓力。

　　擠壓時，金屬的不均勻流動會導致型材制品中產生很大的附加應力，從而產生各種缺陷。如焊合線、尺寸不穩定、多根型材長短不一等。為克服因金屬流動不均而產生的缺陷，必須研究如何使型材斷面上金屬流出速度一致。影響金屬流出模孔速度的因素可以歸納為如下兩個基本因素：

　　1　供給型材斷面上各部分的金屬分配量是否合適。即型材各部分斷面積之比與相應供給部分的金屬量之比是否相等。

　　2　金屬流動時受摩擦阻力的大小，當供給型材某一部分的金屬量越多，摩擦阻力越小時，型材這部分模孔的流出速度就越快，反之就越慢。

　　2.1　金屬供給量的分配比，主要是模具設計和制造來確定的。當模具制造出來之后，金屬的分配比例就基本固定了。

　　2.2　多數模具而言，顯然金屬分配量已經確定，但金屬與模具之間的摩擦阻力是可以改善的。從而達到調整金屬流速的目的。

　　3　金屬與模具之間的摩擦力由三部分組成：

　　3.1　金屬與模具之間的接觸摩擦力F1

　　F1 = μ?ρ?S

　　式中：μ：摩擦系數

　　ρ：單位壓力MPa

　　S ：金屬與模面的接觸摩擦面積mm²

　　由上式可知：ρ和S是一個固定值，對摩擦力F1有影響是μ。因此，要改善金屬與模面的摩擦條件，就能夠起到調整金屬流動速度作用。

　　3.2　金屬與模孔工作帶之間的接觸摩擦力F2

　　F2 =μ?ρ?∑S =μ?ρ?∑L1H1

　　式中：∑S：金屬與型材斷面各部分模孔工作帶相接觸部分的面積mm2

　　L1：相接觸部分的工作帶周長mm

　　H1：相接觸部分工作帶寬度mm

　　從式中可以看出，ρ和L1是一個定值對摩擦力有影響是摩擦系數μ和工作帶寬度H1，只要調整μ和H1，就可以達到調整金屬流速的目的

　　3.3　金屬與金屬之間相對運動的摩擦力F3

　　F3 = f?ρ/ц

　　式中：f：金屬與金屬的摩擦系數

　　ρ：單位壓力MPa

　　ц：金屬的流動速度 mm/min

　　從上式可知，f是個變值，隨溫度而變化，在單位壓力不變的情況下金屬流動速度越快，F3值就越小，這時F1和F2所起的作用也就越加明顯。

　　因此，在擠壓時，合理地控制擠壓溫度和擠壓速度就可明顯地改變金屬的流速。

　　二、烽縫嚴重產生的原因

　　1　擠壓力過低，則焊合力較低。造成擠壓力低的因素是綜合的，有模具上的因素也有工藝上的。有以下幾種情況：

　　1.1　擠壓比較低時，可提高模具焊合力：增加上模厚度、適當減小分流孔;

　　1.2　根據型材外形尺寸及截面形狀，適當調整擠壓溫度10～20℃。

　　1.3　選擇合適的擠壓機，即將該型材安排在較大的機型上擠壓。

　　1.4　加深焊合室(可通過將分流橋“下沉”的方法)。但要注意沉橋也會降低擠壓力，因此使用此法時要根據具體的情況而定。在生產過程中，隨著模具的磨損，型材的壁厚也隨著增大，擠壓比也降低，磨損到一定的程度，焊縫的嚴重將會影響型材的表面質量。

　　2　分流孔設計過大(特別是對于擠壓比低的型材)，使擠壓力降低，從而降低焊合力。

　　2.1　焊合室過淺或容積過小，形成不了足夠的靜水壓力。合理的是在保證模芯剛性、強度的前提下，加大焊合室的容積。可以是加大焊合室的斷面積，也可以是增加焊合室的高度。

　　2.2　分流孔布局不合理、分流橋設計及加工不合理。應盡量使焊縫往角部或非裝飾面靠，并采用滴水形分流橋及合理的焊合角，使焊點落在焊合室平面之上(即預成型區內)。

　　3　生產工藝的影響

　　3.1　鑄棒的內部缺陷易出現在空心型材的焊縫上(難變形區)。Mg、Si總量過高以及Fe含量過高將加劇焊合不良，建議Mg、Si比約在1.2～1.4范圍內，Fe含量低于0.20%可得到較好的焊縫質量。

　　3.2　擠壓溫度及擠壓速度

　　鋁棒的溫度高是有利于金屬的擴散結合，但金屬粘結模具現象的加劇，同時，棒溫高，金屬的組織晶粒生長和成長速度加快，焊縫組織粗大。擠壓速度過快，金屬變形功增大，金屬溫度升高較大。另外，擠壓溫度過高，擠壓力將降低，因而又降低了焊合力。因此，擠壓時應控制好棒溫及模具方面，減少其它因素對型材的影響。

　　3.3　擠壓盛錠筒

　　盛錠筒溫度的合理選擇，對于厚壁型材建議擠壓筒溫度稍提高5℃左右，而對于薄壁型材及分流孔過大的情況下，可適當降低5℃左右，另一方面，需定時清擠壓筒，余積氧化皮多，或者擠壓筒已變形如鼓形，以及擠壓筒與擠壓墊間隙過大，這些均影響焊縫質量。

　　3.4　淬火（詞條“淬火”由行業大百科提供）

　　冷卻不均勻也將影響焊縫的質量。出料滑出臺采用石墨制品時，與石墨接觸的一面，散熱不及時，局部的溫度上升，從而加速了該面焊縫處晶粒的長大，氧化后型材也易出現黑帶的現象。但設備的冷卻能力足夠的話，也可避免此現象。所以，滑出臺最好采用高溫氈，且不易擦花型材。

　　3.5　氧化堿蝕的影響

　　要減輕焊縫對表面質量的影響，也可以相對調整堿蝕時間、溫度。

　　結束語

　　解決空心型材的焊合質量問題，先要“診斷”模具，然后選擇合理的工藝或者根據模具的情況調整擠壓工藝。焊合不良或者焊縫嚴重的結果是型材在經陽極氧化表面處理后產生諸如黑帶、色差等色帶現象，影響使用質量。

　　參考文獻：

　　1、吳錫坤《鋁型材加工使用技術手冊》

　　2、王祝堂，田榮璋《鋁合金及其加工手冊(第三版)》

　　3、張士林，任頌贊《簡明鋁合金手冊》

　　4、朱祖芳《鋁陽極氧化工藝技術應用手冊》(第二版)

　　5、劉靜安《鋁型材擠壓模具設計、制造、使用及維修 》