孙姝 SUN Shu
（宁夏建设职业技术学院，银川 750021）
（Ningxia Construction Vocational and Technical College，Yinchuan 750021，China）
摘要： 目前我国高速列车铝合金车体主要采用MIG自动焊接，为实现自动焊接，要求焊丝尺寸精，且具有一定的刚度。国内生产的铝合金焊丝存在严重的质量不稳定问题，高速列车的铝合金焊丝尚依靠进口。为实现高速列车用铝合金焊丝的国产化，本论文针对目前高速列车使用的ER5356及ER5183铝合金焊丝，开发了铝合金光亮焊丝生产工艺。
Abstract： At present our country’s high-speed aluminum alloy train body mainly used the automatic MIG welding. In order to realize automatic welding， welding wire must be accurated in size， and it has certain stiffness. Domestic Al-alloy welding wires have serious quality problem， so high-speed train aluminum alloy welding wire still relies on imports. In order to realize the localization of Al-alloy welding wires， this thesis aims at ER5356 and ER5183 aluminum alloy welding wire used in the high-speed train and develops the production process of aluminum alloy welding wires.
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关键词 ： 铝合金；焊丝；生产工艺
Key words： aluimnium alloys；welding wire；production process
中图分类号：TG422 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）18-0082-02
作者简介：孙姝（1989-），女，湖北钟祥人，硕士，现在宁夏建设职业技术学院材料工程系任教师，研究方向为材料工程技术。
1 研究背景
我国铁路运输的快速发展，对于高速列车提出了更高的要求。目前，世界各国均在大力发展制造铝合金车体[1]。高速列车铝合金车体是以大型扁宽薄壁铝合金型材作为骨架的焊接构件，焊接可减少40%的车辆制造工作量[2]。铝合金车体焊接结构的性能，在基材一定的情况下，主要取决于焊接工艺和焊丝的合金成分和性能[3]。目前高速铁路主要使用ER5356及ER5183焊丝进行焊接，本文针对国内生产的焊丝存在焊接气体含量高、焊缝有缺陷及自动送丝易断丝的问题，研究了铝合金焊丝的生产工艺，制定出从熔炼、铸造、均匀化处理、挤压一直到拉拔的生产工艺。
2 实验合金
本实验针对目前高速列车使用的ER5356及ER5183铝合金焊丝，其国际注册的化学成分如表1所示。
3 焊丝的生产工艺
焊丝材料首先经半连续铸造出直径为200mm或180mm的铸锭，经均匀化退火后，挤压出直径为12mm的线坯，挤压出的线坯经中间退火及多道次拉拔，得到直径为3mm的线坯，再经退火、扒皮后，送入光亮拉拔生产线进行光亮拉拔，最后得到直径为1.2mm的焊丝。图1为焊丝的生产工艺流程图。
3.1 熔铸工艺
设计的熔铸工艺路线如下：
装料→熔化→扒渣→调成分→炉内精炼→炉外除气和过滤→半连续铸造。
为了提高半连续铸锭表面质量及冶金质量的稳定性，半连续铸造均采用热顶半连续铸造。
实验时在低于750℃温度下熔炼，添加特殊溶剂覆盖后加Mg，炉内同时进行搅拌和喷粉精炼，在炉外保证旋转石墨喷头喷吹氩气除气过程熔体的温度恒定，采用陶瓷片进行双级过滤，将AlTiB送丝装置远离结晶器其在高温处喂丝；同时采用直径为200mm或180mm的圆结晶器进行半连续铸造，半连续铸造过程的铸造温度为730-740℃，铸造速度为110~120mm/min，冷却水水压控制在0.05MPa左右。将铸锭的成分控制在5XXX焊丝铝合金所要求的范围之内，焊丝合金半连续铸锭的铍含量控制到小于0.0005%（wt）、氢含量控制到小于0.18ml/100g。
3.2 均匀化处理
半连续铸造得到的合金半连续铸锭，由于冷却速度快，容易形成成分偏析和枝晶偏析，造成合金力学性能下降，影响后续的塑性加工，因此，半连续铸锭在挤压前需进行均匀化退火。根据生产现场的常规制度，采用470℃×24h工艺对半连续铸锭进行均匀化处理。
3.3 挤压拉拔工艺
合金铸锭经均匀化处理后，切头扒皮，重新加热进行挤压，在390℃～410℃采用直径为185mm的挤压筒同时挤出四根直径为12mm或10mm线坯毛料。将挤压的直径为12mm或10mm的线坯退火之后在轧尖设备上进行轧尖，轧尖要求以线坯端头能穿过待拉伸的模具200~250mm为宜，轧尖后的线材在单模拉丝机上进行多次拉拔与退火，即在Φ12.0mm→Φ10.5mm之间、10.5mm→Φ8.2mm之间、Φ8.2mm→Φ6.2mm之间、Φ6.2mm→Φ5.0mm之间配合390℃～400℃中间退火后将铝合金焊丝线坯处理为直径5mm 左右的坯材，目的是获得具有较高力学性能（较高的强度和较大的延伸率），以便进一步在铝合金光亮焊丝线处理生产线上一次拉拔成成品规格的铝合金光亮焊丝。再将Φ5.0mm线坯使用冷焊方法连接后，经精确定径拉拔成Φ2.76mm的铝线坯，待喂入铝合金光亮焊丝线处理生产线。
3.4 光亮处理
高档铝合金光亮焊丝的生产的最后一道生产过程为将Φ2.76mm的铝线坯，喂入铝合金光亮焊丝线处理生产线，经过多个模孔一次拉拔成成品规格（Φ1.2mm）的铝合金光亮焊丝，光亮拉拔过程中包括高速扒皮和超声波清洗过程，最后得到成品焊丝。
4 生产出焊丝的性能
4.1 化学成分
表2为最终制备的ER5356及ER5183合金焊丝化学成分，可见，采用半连续铸造—挤压法制备的ER5356及ER5183合金焊丝成分除Si、Fe含量略低于国际标准外，其它元素含量均可控制在国际规定的范围内。
显微组织：为保证焊丝的成分均匀，需要对焊丝的显微组织进行对比分析。为满足焊接的要求，预期的显微组织应为第二相趋近于弥散、细小，在基体中分布均匀，且与基体结合牢固。
图2为最终制备的ER5356及ER5183合金焊丝纵切面的金相组织。从图中可见，最终制备的ER5356及ER5183合金焊丝金相组织中总体来看第二相尺寸较小，分布比较均匀。对比观察可以发现，与5356合金焊丝相比，5183合金焊丝中第二相的数量略多、尺寸略大。
4.2 焊丝力学性能
自动焊接过程中自动送丝还要求焊丝具有良好的力学性能，有一定的刚度。因此，对制备的直径为1.2mm的ER5356、ER5183合金焊丝进行了力学性能测试，测试结果见表3。
表4为日本ER5356、ER5183合金焊丝出厂时控制的抗拉强度[4]，可见，采用半连续铸造—挤压法制备的焊丝达到日本报道的ER5356、ER5183合金焊丝强度指标。这与国内制备的焊丝第二相尺寸较小，分布较均匀有直接关系。
5 结论
高速列车用铝合金焊丝的生产工艺为：焊丝材料首先经半连续铸造出直径为200mm或180mm的铸锭，经均匀化退火后，挤压出直径为12mm的线坯，挤压出的线坯经中间退火及多道次拉拔，得到直径为3mm的线坯，再经退火、扒皮后，送入光亮拉拔生产线进行光亮拉拔，最后得到直径为1.6mm或1.2mm的焊丝。采用此工艺生产出的焊丝成分符合国际标准，显微组织为第二相趋近于弥散、细小，在基体中分布均匀，与基体结合牢固，且制备出的ER5356、ER5183合金焊丝力学性能达到日本报道的焊丝强度指标。很好地解决了国内生产的铝合金焊丝存在严重的质量不稳定的问题，实现了高速列车用铝合金焊丝的国产化。
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参考文献：
[1]邱桂杰，杨洪忠，高国强，等.高速列车用复合材料国内外现状与趋势[J].高科技纤维与应用，2005，30（6）：26-30.
[2]吴鹏译.铝合金焊接技术难点问答[J].铁道机车车辆工人，2006（10）：30-32.
[3]卫晏华，尹志民.铁路列车车辆大型铝合金型材焊丝的选用与生产[J].有色金属加工，2005，34（4）：21-24.
[4]张露菁，邓键.日本铝及铝合金焊丝的现状与分析[J].国外焊接，2011，12：35-36.
