空心铝型材的焊合质量问题浅析

   前言

　　尽管精心设计和制造模具，不断提高技术水平，甚至采用CAD/CAM系统，力求设计和制造出尽可能完美的工模具，但由于挤压型材断面形状日逐繁多和复杂，对尺寸精度要求越来越高，以及挤压生产各种工艺因素的影响和变化等，使得设计制造出的模具生产出来的型材，仍能出现这样或那样的缺陷。

　　空心铝型材是一种常见的装饰材料和工业型材。对于空心型材而言，焊缝的质量直接影响着铝型材自身的质量。如果焊缝质量不过关，铝型材经表面处理后出现黑带或色差严重，就会导致产品报废，造成无可挽回的损失。因此针对空心铝型材的焊缝形成机理进行分析，保证空心铝型材的焊缝质量。

　一、焊缝形成的机理

　　金属经过分流孔分成几股重新聚集在焊合室，由于分流桥的存在，桥底不可避免形成金属流动的刚性区，使该处金属原子的扩散结合速度较慢，金属的组织致密度降低。所以用分流组合模挤压型材将不可避免存在焊缝;但良好的焊缝可使型材在经表面处理后避免出现或减轻黑带这样的现象。要保证焊缝的质量，必须使焊合室焊缝处金属能充分扩散结合，否则，将形成疏松、颗粒粗大并与其它部位的组织不均一，因此，变形程度要大一些，特别是焊合室的金属变形量要大，以形成较大的流体静水压力。

　　挤压时，金属的不均匀流动会导致型材制品中产生很大的附加应力，从而产生各种缺陷。如焊合线、尺寸不稳定、多根型材长短不一等。为克服因金属流动不均而产生的缺陷，必须研究如何使型材断面上金属流出速度一致。影响金属流出模孔速度的因素可以归纳为如下两个基本因素：

　　1　供给型材断面上各部分的金属分配量是否合适。即型材各部分断面积之比与相应供给部分的金属量之比是否相等。

　　2　金属流动时受摩擦阻力的大小，当供给型材某一部分的金属量越多，摩擦阻力越小时，型材这部分模孔的流出速度就越快，反之就越慢。

　　2.1　金属供给量的分配比，主要是模具设计和制造来确定的。当模具制造出来之后，金属的分配比例就基本固定了。

　　2.2　多数模具而言，显然金属分配量已经确定，但金属与模具之间的摩擦阻力是可以改善的。从而达到调整金属流速的目的。

　　3　金属与模具之间的摩擦力由三部分组成：

　　3.1　金属与模具之间的接触摩擦力F1

　　F1 = μ?ρ?S

　　式中：μ：摩擦系数

　　ρ：单位压力MPa

　　S ：金属与模面的接触摩擦面积mm2

　　由上式可知：ρ和S是一个固定值，对摩擦力F1有影响是μ。因此，要改善金属与模面的摩擦条件，就能够起到调整金属流动速度作用。

　　3.2　金属与模孔工作带之间的接触摩擦力F2

　　F2 =μ?ρ?∑S =μ?ρ?∑L1H1

　　式中：∑S：金属与型材断面各部分模孔工作带相接触部分的面积mm2

　　L1：相接触部分的工作带周长mm

　　H1：相接触部分工作带宽度mm

　　从式中可以看出，ρ和L1是一个定值对摩擦力有影响是摩擦系数μ和工作带宽度H1，只要调整μ和H1，就可以达到调整金属流速的目的

　　3.3　金属与金属之间相对运动的摩擦力F3

　　F3 = f?ρ/ц

　　式中：f：金属与金属的摩擦系数

　　ρ：单位压力MPa

　　ц：金属的流动速度 mm/min

　　从上式可知，f是个变值，随温度而变化，在单位压力不变的情况下金属流动速度越快，F3值就越小，这时F1和F2所起的作用也就越加明显。

　　因此，在挤压时，合理地控制挤压温度和挤压速度就可明显地改变金属的流速。

   二、烽缝严重产生的原因

　　1　挤压力过低，则焊合力较低。造成挤压力低的因素是综合的，有模具上的因素也有工艺上的。有以下几种情况：

　　1.1　挤压比较低时，可提高模具焊合力：增加上模厚度、适当减小分流孔;

　　1.2　根据型材外形尺寸及截面形状，适当调整挤压温度10~20℃。

　　1.3　选择合适的挤压机，即将该型材安排在较大的机型上挤压。

　　1.4　加深焊合室(可通过将分流桥“下沉”的方法)。但要注意沉桥也会降低挤压力，因此使用此法时要根据具体的情况而定。在生产过程中，随着模具的磨损，型材的壁厚也随着增大，挤压比也降低，磨损到一定的程度，焊缝的严重将会影响型材的表面质量。

　　2　分流孔设计过大(特别是对于挤压比低的型材)，使挤压力降低，从而降低焊合力。

　　2.1　焊合室过浅或容积过小，形成不了足够的静水压力。合理的是在保证模芯刚性、强度的前提下，加大焊合室的容积。可以是加大焊合室的断面积，也可以是增加焊合室的高度。

　　2.2　分流孔布局不合理、分流桥设计及加工不合理。应尽量使焊缝往角部或非装饰面靠，并采用滴水形分流桥及合理的焊合角，使焊点落在焊合室平面之上(即预成型区内)。

　　3　生产工艺的影响

　　3.1　铸棒的内部缺陷易出现在空心型材的焊缝上(难变形区)。Mg、Si总量过高以及Fe含量过高将加剧焊合不良，建议Mg、Si比约在1.2~1.4范围内，Fe含量低于0.20%可得到较好的焊缝质量。

　　3.2　挤压温度及挤压速度

　　铝棒的温度高是有利于金属的扩散结合，但金属粘结模具现象的加剧，同时，棒温高，金属的组织晶粒生长和成长速度加快，焊缝组织粗大。挤压速度过快，金属变形功增大，金属温度升高较大。另外，挤压温度过高，挤压力将降低，因而又降低了焊合力。因此，挤压时应控制好棒温及模具方面，减少其它因素对型材的影响。

　　3.3　挤压盛锭筒

　　盛锭筒温度的合理选择，对于厚壁型材建议挤压筒温度稍提高5℃左右，而对于薄壁型材及分流孔过大的情况下，可适当降低5℃左右，另一方面，需定时清挤压筒，余积氧化皮多，或者挤压筒已变形如鼓形，以及挤压筒与挤压垫间隙过大，这些均影响焊缝质量。

　　3.4　淬火

　　冷却不均匀也将影响焊缝的质量。出料滑出台采用石墨制品时，与石墨接触的一面，散热不及时，局部的温度上升，从而加速了该面焊缝处晶粒的长大，氧化后型材也易出现黑带的现象。但设备的冷却能力足够的话，也可避免此现象。所以，滑出台最好采用高温毡，且不易擦花型材。

　　3.5　氧化碱蚀的影响

　　要减轻焊缝对表面质量的影响，也可以相对调整碱蚀时间、温度。

　　结束语

　　解决空心型材的焊合质量问题，先要“诊断”模具，然后选择合理的工艺或者根据模具的情况调整挤压工艺。焊合不良或者焊缝严重的结果是型材在经阳极氧化表面处理后产生诸如黑带、色差等色带现象，影响使用质量。