空心鋁型材的焊合質(zhì)量問題淺析

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　　前言

　　盡管精心設(shè)計(jì)和制造模具，不斷提高技術(shù)水平，甚至采用CAD/CAM系統(tǒng)，力求設(shè)計(jì)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(yè)大百科提供）形狀日逐繁多和復(fù)雜，對尺寸精度要求越來越高，以及擠壓生產(chǎn)各種工藝因素的影響和變化等，使得設(shè)計(jì)制造出的模具生產(chǎn)出來的型材，仍能出現(xiàn)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(yè)型材。對于空心型材而言，焊縫的質(zhì)量直接影響著鋁型材自身的質(zhì)量。如果焊縫質(zhì)量不過關(guān)，鋁型材經(jīng)表面處理后出現(xiàn)黑帶或色差嚴(yán)重，就會導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)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(jī)理進(jìn)行分析，保證空心鋁型材的焊縫質(zhì)量。

　　一、焊縫形成的機(jī)理

　　金屬經(jīng)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(yè)大百科提供）區(qū)，使該處金屬原子的擴(kuò)散結(jié)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(jīng)表面處理后避免出現(xiàn)或減輕黑帶這樣的現(xiàn)象。要保證焊縫的質(zhì)量，必須使焊合室焊縫處金屬能充分?jǐn)U散結(jié)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(dǎo)致型材制品中產(chǎn)生很大的附加應(yīng)力，從而產(chǎn)生各種缺陷。如焊合線、尺寸不穩(wěn)定、多根型材長短不一等。為克服因金屬流動不均而產(chǎn)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?jǐn)嗝娣e之比與相應(yīng)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(dāng)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(shè)計(jì)和制造來確定的。當(dāng)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(shù)模具而言，顯然金屬分配量已經(jīng)確定，但金屬與模具之間的摩擦阻力是可以改善的。從而達(dá)到調(diào)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(shù)

　　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(diào)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(shù)μ和工作帶寬度H1，只要調(diào)整μ和H1，就可以達(dá)到調(diào)整金屬流速的目的

　　3.3　金屬與金屬之間相對運(yùn)動的摩擦力F3

　　F3 = f?ρ/ц

　　式中：f：金屬與金屬的摩擦系數(shù)

　　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，F(xiàn)3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(yán)重產(chǎn)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(dāng)減小分流孔;

　　1.2　根據(jù)型材外形尺寸及截面形狀，適當(dāng)調(diào)整擠壓溫度10～20℃。

　　1.3　選擇合適的擠壓機(jī)，即將該型材安排在較大的機(jī)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(jù)具體的情況而定。在生產(chǎn)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(yán)重將會影響型材的表面質(zhì)量。

　　2　分流孔設(shè)計(jì)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(qiáng)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(shè)計(jì)及加工不合理。應(yīng)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(diǎn)落在焊合室平面之上(即預(yù)成型區(qū)內(nèi))。

　　3　生產(chǎn)工藝的影響

　　3.1　鑄棒的內(nèi)部缺陷易出現(xiàn)在空心型材的焊縫上(難變形區(qū))。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(nèi)，F(xiàn)e含量低于0.20%可得到較好的焊縫質(zhì)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(kuò)散結(jié)合，但金屬粘結(jié)模具現(xiàn)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(yīng)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(dāng)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(zhì)量。

　　3.4　淬火（詞條“淬火”由行業(yè)大百科提供）

　　冷卻不均勻也將影響焊縫的質(zhì)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(xiàn)黑帶的現(xiàn)象。但設(shè)備的冷卻能力足夠的話，也可避免此現(xiàn)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(zhì)量的影響，也可以相對調(diào)整堿蝕時間、溫度。

　　結(jié)束語

　　解決空心型材的焊合質(zhì)量問題，先要“診斷”模具，然后選擇合理的工藝或者根據(jù)模具的情況調(diào)整擠壓工藝。焊合不良或者焊縫嚴(yán)重的結(jié)果是型材在經(jīng)陽極氧化表面處理后產(chǎn)生諸如黑帶、色差等色帶現(xiàn)象，影響使用質(zhì)量。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1、吳錫坤《鋁型材加工使用技術(shù)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(shù)應(yīng)用手冊》(第二版)

　　5、劉靜安《鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)、制造、使用及維修 》