基于TIG焊的铝合金车身维修研究
（淮安生物工程高等职业学校 江苏淮安 223000）
摘要：基于提高铝合金车身维修水平的目的，本文从焊接工艺视角出发，提出TIG焊在铝合金车身维修中的应用研究，着重分析该项TIG焊接工艺中的焊接速度、焊接峰值电流对焊缝形貌的影响。通过实验测量发现，这两项因素对焊缝形貌的影响较大，根据测量结果，给出焊接速度、焊接峰值电流设定范围，从而为铝合金车身维修焊接工艺的改进奠定基础。
关键词：TIG焊；车身维修；铝合金
铝合金具有较强的导热导电性能，材料密度较小，强度较好，并且存在耐腐蚀性能较好的优势，符合车身加工需求，因而在车辆生产中应用比较广泛[1]。随着我国经济水平的不断提升，促进了汽车行业的快速发展[2]。道路车辆数量逐渐增加，很难避免交通安全事故的发生。铝合金车身维修作为交通事故处理主要内容之一，对焊接技术水平的要求较高[3]。传统焊接工艺的应用，在焊缝形貌把控方面有待改进[4]。本文尝试提出TIG焊接技术，采用实验分析的方式，探究该项技术在铝合金车身维修中应用的焊缝形貌把控方法。
一、实验设备与材料
1、实验设备
本次实验通过搭建铝合金车身焊接信息采集与控制系统，作为TIG焊接技术应用中焊缝形貌把控依据。实验期间使用到的设备包括焊接子系统、中心控制计算机、送丝子系统、固高端子板、图像采集子系统、运动控制子系统。其中，焊接子系统配备的主要设备有3个，分别是起弧设备、水冷设备、弧焊电源；运动控制子系统配备的主要设备有2个，分别是固高运动控制卡、三维运动平台；送丝系统配备的主要设备有2个，分别是送丝控制设备、送丝机；图像采集子系统配备的主要设备有3个，分别是补光灯、图像采集卡、摄像机。
2、实验材料
本次实验选择2022铝合金作为实验材料，该材料具有较好的焊接性能，并且抗腐蚀性能也很强，成本较低，是当前车辆生产加工中车身加工的主要材料。本次实验在焊接期间，向铝合金所处环境内增加氩气，作为焊接保护气体。其中，氩气的浓度为99.99%。
二、实验方法
利用TIG焊接工艺，对铝合金车身的基板进行空焊，在此过程中，以运动平台的上方作为焊枪固定位置。通过控制三维平台，实现对车身基板的运动控制。本次实验以焊接速度、焊接峰值电流作为变量，对这两个变量对焊缝形貌的影响展开探究。考虑到焊接操作过程中受到的影响因素较多，为了避免这些因素对实验造成干扰，在焊接过程中需要实时监测焊接参数变化情况，只有保证非自变量保持稳定，才能够保证实验结果可靠性[5]。
大量研究结果表明，铝合金焊接影响因素包括保护气体流量、散热、钨针顶端与基板之间的距离等，将与这些因素相关的焊接作业参数作为监测对象[6]。在保证焊接期间其他参数不变的情况下，开展实验测试。本次实验主要分为两部分，分别是焊接速度实验、焊接峰值电流实验。
（1）焊接速度实验：本次实验以焊接速度作为变量，其他参数保持不变，测量不同焊接速度条件下的焊缝形貌，包括焊缝宽度和熔深。焊接过程中，焊接峰值电流固定200A不变，每一组的焊接速度实验中，该参数数值保持不变，从而保证变量的唯一特性。实验组数为5组，每组焊接速度设置情况为：1）6mm/s；2）8mm/s；3）10mm/s；4）12mm/s；5）14mm/s。
（2）焊接峰值电流实验：本次实验以焊接峰值电流作为变量，其他参数保持不变，测量不同焊接峰值电流条件下的焊缝形貌，包括焊缝宽度和熔深。焊接过程中，焊接速度固定10mm/s不变，每一组的焊接速度实验中，该参数数值保持不变，从而保证变量的唯一特性。实验组数为5组，每组焊接速度设置情况为：1）60A；2）180A；3）200A；4）220A；5）240A。
除了上述参数以外，其余参数在实验中保持不变，设置情况如表1所示。
表1 焊接参数设置
序号 参数名称 变量 序号 参数名称 变量
1 DCEP 峰值电流时间 3ms 6 提前送气时间 0.6s
2 占空比 50% 7 氩气流量 10L/min
3 脉冲频率 50Hz 8 延时关气 1.9s
4 DCEN 峰值电流时间 7ms 9 基值电流 40%
5 电流衰减时间 1.7s 10 弧长 3.5～5mm
如果焊接参数中长度超过了70mm，则以中间位置作为最佳焊接位置，测量清理宽度数值，而后截取横截面，对此处采取打磨处理，而后经过剖光和腐蚀后，测量当前焊缝的熔宽数据、熔深数据、清理宽度，记录测量结果。
三、实验结果分析
1、TIG焊接速度对铝合金车身维修中焊缝形貌的影响
按照实验方案，设置不同的焊接速度，测量车身维修中焊缝形貌的熔宽数据、熔深数据、清理宽度数据，通过结果见图1。
图1 焊接速度变化条件下的铝合金车身维修中焊缝形貌影响情况
图1中，车身焊缝熔宽受焊接速度的影响最小，随着焊接速度的增加，该参数数值呈现出极小幅度的下降变化趋势，变化幅度在0.5mm以内。相比之下，清理宽度和熔宽两项参数受焊接速度的影响比较大，变化趋势相近，随着焊接速度的增加，数值逐渐减小。其中，熔宽参数在焊接速度8mm/s～12mm/s范围内的变化较小，其他焊接速度条件下的熔宽呈现出较为明显的下降变化趋势。当焊接速度为14mm/s时，熔宽约为3.3mm。对于清理宽度，10mm/s焊接速度条件下的参数数值是一个转折点，当焊接速度超出该数值后，焊缝清理宽度随着焊接速度增加的下降幅度出现了明显减小。综合考虑熔宽数据、熔深数据、清理宽度数据变化趋势，结合车身维修的焊接速度操作难度和技术需求，建议车身维修期间控制焊接速度范围10mm/s～12mm/s。
2、TIG焊接峰值电流对铝合金车身维修中焊缝形貌的影响
按照设定的实验方法，固定非变量以外的参数数值，在保证单一变量的条件下，测量不同峰值电流冲击下产生的熔宽数据、熔深数据、清理宽度数据，统计结果见图2。
图2 焊接峰值电流变化条件下铝合金车身维修中焊缝形貌影响情况
图2中，熔深受峰值电流变化的影响最小，保持在0.5mm～1.5mm范围内。熔宽和清理宽度两个参数受峰值电流变化的影响较大，均呈现出上升变化趋势。其中，清理宽度的上升幅度更大一些。之所以会出现此类情况，主要原因是峰值电流的增加，引发了氧化膜撞击，阳离子数量大幅度增加，致使阴极的清理宽度逐渐变大。为了保证铝合金车身维修质量，在运用TIG焊接技术时，尽量增加熔深，减小熔宽和清理宽度。从当前变化特点来看，建议控制峰值电流在180A～200A范围内。
总结
本文围绕铝合金车身维修中的焊接工艺展开探究，选择TIG焊接作为研究对象，采用实验分析的方式，探究TIG焊接中峰值电流和焊接速度调节情况下，对车身焊缝形貌的影响。实验结果显示，车身焊缝熔宽受焊接速度的影响较小，熔深和清理宽度受此影响较大；熔深受峰值电流变化的影响较小，熔宽和清理宽度受此影响较大。建议车身维修期间，设定TIG焊接速度10mm/s～12mm/s，峰值电流180A～200A。
参考文献
[1]杨超,王英君,徐艳利,等.含Sc高强铝合金薄板TIG焊与FSW接头组织与性能对比研究[J].机械工程学报,2020,56(6):235-242.
[2]张山,魏正英,杜军,等.铝合金变极性TIG焊焊接参数对焊缝形貌的影响[J].机械设计与制造,2020,348(2):182-185.
[3]张琨,刘政军.固溶处理对7075铝合金同质TIG焊接头显微组织及力学性能的影响研究[J].热加工工艺,2019,48(3):83-88.
[4]韩国良,王惠苗,刘含伟,等.不同焊接工艺下2219铝合金TIG焊接头性能分析[J].焊接, 2019(5):48-51.
[5]马雨晴,王红阳,刘黎明.基于Ni中间层的铝合金与高强钢激光诱导TIG复合焊接[J].中国激光,2019,512(8):90-96.
[6]韩国良,宋建岭,丁吉坤,等.焊接热输入对2219薄板铝合金焊接接头性能的影响[J].焊接,2020(1):51-54.
作者简介：张影，江苏淮安人，本科学历，汽车修理工，助理讲师，研究方向：汽车检测与维修。
