如何解决空心铰链型材焊缝质量问题

1引言

DQx型材是一种空心铰链挤压型材，用它作为门、窗等连接的结构件。由于DQx型材用舌形模具挤压，且制成的连接件空心处承受转动力较大，因而保证型材焊缝质量是一个突出问题。近两年，DQx空心铰链型材连续多批出现焊缝焊合不良且无规律性（头、尾焊缝合格的型材，中间还存在焊缝焊合不良）。出现问题后，我公司从模具修理后加热时间、挤压温度、挤压速度、铸锭清洗、更换新的挤压工具、改变拉伸机吨位、改变模具设计尺寸等方面制定了多套方案进行查找原因，通过调整工艺、加强检验控制、制作新模具等方法最终解决了该铰链型材焊缝质量问题，为空心型材控制焊缝质量问题提供了新思路。

2焊缝形成机理

舌形模具挤压法是采用一种特殊构造的组合模，在普通的型材挤压机上挤压，可以得到壁厚不均度最小和形状复杂的单孔或多孔空心型材。用舌形模挤压空心型材的过程如下：把金属铸锭放人挤压筒中，经填充挤压后在压力作用下，金属通过模孔流出，这个过程和正常挤压相同。但是，用舌形模挤压时，金属在进入模膛之前，根据结构形式不同而被分成两股或多股金属，在模子空腔内（模膛）相汇合，在高温高压作用下而被焊合，再流出模孔而形成所需要的空心型材。焊缝是舌形模挤压空心型材最主要的特点，用舌形模挤压的空心型材，在其宏观组织上可以看到明显的焊缝，焊缝的数目等于铸锭被分成金属股的数目。

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，所以用舌型模挤压型材将不可避免存在焊缝。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、颗粒粗大与其它部位的组织不均一，或没有完全焊合导致分层，即焊合不良（见图1）。

3焊缝焊合不良产生原因分析

3.1模具因素分析

DQx空心铰链型材截面尺寸图如图2所示，优化前舌型模具结构图如图3所示。

(1)从截面尺寸图可知：截面尺寸不对称，实心部分壁厚不均匀，空心部分尺寸精度要求高，模具设计技术难度大。

(2)从优化前模具结构图可知：分流孔布局不合理、分流桥设计不合理，导致金属充填不足；焊合室过浅或容积过小，形成不了足够的静水压力。挤压时金属被模桥分成的两股金属的体积不同，金属沿着模桥的侧表面产生了不均匀的摩擦力，使金属流出模孔时的速度不一致而导致金属充填不足。再加上型材实心部分的模孔没有被模桥遮挡，被分成的金属供料量较多，模内套人口平面的凸台过渡处在挤压过程中起到了促流作用，对模桥产生侧向压力，模芯在挤压过程中处于不稳定状态，致使型材空心部分金属也处于不稳定状态，忽而焊合忽而不焊合。

3.2工艺参数因素分析

T艺参数：型材材质及状态为2A06T4，在19MN水压机Φ170mm挤压筒上用单孔舌型模具挤压，挤压系数为37.1，铸锭规格为Φ162x340mm，铸锭未均匀化处理，铸锭挤压温度为440—460C，模具预热温度为450—500℃，挤压筒温度为350—450℃，挤压速度不大于0.2mm/s，淬火后用100t拉伸机进行张力矫直。

(1)铸锭的质量及成分方面。

铸锭的内、外部缺陷易出现在空心型材的焊缝上（难变形区）。铸锭未经均匀化处理，强化相及杂质相分布不均匀，Mg、Si总量过高以及Fe含量过高将加剧焊合不良。铸锭表面脏，铝削及存在润滑油也影响焊缝质量。

(2)挤压温度、挤压速度、工模具温度。

铸锭实际温度低于440℃，实际挤压速度超过0.2mm/s，挤压过程中尺寸不合格导致修模，修模后模具没有重新加热工模具温度不到，都将导致焊缝焊合不良。挤压筒温度的选择不合理也会影响焊缝的质量，另一方面，挤压筒不干净，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)精整工艺。

型材弯曲度大，张力矫直时拉伸率不合理；型材扭拧严重，扭拧机上扭拧力过大，也会导致焊缝开裂，导致焊合不良。

4焊缝焊合不良解决措施

4.1优化模具设计

优化后的模具设计结构图如图4所示。

(1)为了均衡金属，将模桥偏离中心的距离由原来的34mm改为26mm，将模芯的中心线与模具的中心线重合改为偏离模具的中心线5.24mm。模芯中心位置调整后，模孔右侧距模内套边缘的距离减少了，模内套与模外套配合处易粘铝，影响型材表面质量，为防止发生此现象，将模内套的外形尺寸130mm改为135mm。

(2)为使金属流速稳定，将模内套人口表面的凸台去掉，在原来工作带的基础上减小5mm，模内套的总高度减小10mm。

(3)为便于空心部分的模孔处金属易于流动与焊合，在保证模桥强度的情况下，将空心部分的模桥高度减小，即模桥焊合室深度加大8mm。

4.2焊修模具

优化后制造的模具，由于制造工艺的误差，导致型材挤压时表面出现波浪及扭拧。对模具进行焊修来改变模具流速，使空心部位金属流速略高于型材其它部位金属流速，一是保证流速稳定、金属分配合理，避免波浪及扭拧；二是保证焊缝部位金属有机会在焊合室充分焊合，从而保证焊缝质量；三是空心部位处于型材刀弯外弯，张力拉伸时拉伸力集中在非空心部位，避免焊缝处受力过大影响焊缝质量。焊修示意图如图5所示．图5中所示深色区域为焊修区域，增加阻流带，降低非焊合区金属流速，提高焊合腔空心部分金属流速，从而控制金属焊合不良等问题。焊修前、后模具对比图如图6所示。

4.3铸锭均匀化处理

在铸态下，2A06合金中主要强化相Al2CuMg、杂质相Mg：Si等是不均匀分布的，并且有大量析出，均匀化处理的作用是使铸造时形成的强化相溶解、杂质相等合金成分分布均匀。铸锭进行均匀化处理，可消除铝合金铸锭中的枝晶偏析和内应力，提高其塑性，降低挤压抗力。均匀化处理是改善铸锭质量的措施，可进一步改善铸锭的挤压特性，提高制品力学性能和焊缝质量。铸锭挤压前进行蚀洗，确保表面清洁，也是保证焊缝质量的条件之一。

4.4挤压工艺参数

铸锭挤压温度为440—460℃，模具预热温度为450—500℃，挤压筒温度为400—420℃，挤压速度不大于0.2mm/s，拉伸率1.5%—2.0%。

铸锭的温度低不利于金属的扩散结合，挤压速度快，金属变形功增大，金属温度升高较大。另外，挤压温度也不易过高，温度高挤压力将降低因而又降低了焊合力。还要保证铸锭温度的均匀性，首料上限温度挤压，防止闷车，压坏舌桥。

生产时，必须做到铸锭、挤压筒、设备及其所接触的辅助件，都要保持清洁、干净、公差合理；生产中严禁润滑模具；为避免在挤压过程中修模或装模造成模子温度降低的现象，必须有试模料，每次修模、装模、停机等故障消除后再生产时，至少再挤压3根试模料带动模子温升后，再开始挤压成品料；挤压时防止弯曲、扭拧、波浪，保证低的拉伸率，尽可能不手矫。

5效果验证

对优化后的模具及工艺进行了3次小规模试验生产，焊缝合格率达到95%以上，焊缝不良型材具有规律性，达到课题攻关目的。

6结束语

(1)设计截面尺寸不对称、实心部分壁厚不均匀的空心型材时，最关键的是合理地分配模桥与模具的中心位置，同时还要考虑模芯偏离模桥中心的位置。

(2)合理、适当的焊修，可消除模具制造误差对模具流速的影响。

(3)空心型材铸锭，铸锭进行均匀化处理，可提高焊缝质量。

(4)2A06T4DQx空心铰链型材合理T艺参数：铸锭挤压温度为440—460℃，模具预热温度为450—500℃，挤压筒温度为400—420℃，挤压速度不大于0.2mm/s，张力拉伸率1.5%—2.0%。