电缆桥架设备厚规格铝压型板辊弯成型工艺与裂纹缺陷分析

　　铝压型板作为一种新型建筑结构材料，具有重量轻、比强度高、耐腐蚀、安全防火、运输施工方便没管、使用寿命长以及回收价值高等诸多独特优点，在工程领域中具有广泛的应用。铝压型板的厚度多为U1mm左右。随着压型板需求量日益增加，对外观、尺寸和性能提出了更高的要求。在某些承载结构中，需要厚规格的压型板才能满足工程需求。当前，压型板的成型有辊弯和冲压成型等方式，辊弯成型工艺占统领地位。

　　电缆桥架设备厚规格铝压型板辊弯成型工艺与裂纹缺陷分析

　　铝压型板辊弯成型是板材在冷状态下经纵向连轧成型机连续弯曲而成的工艺。其成型特点是变形前后板带的厚度不变；成型后各部中性线展开长度等于原板宽度；成型过程中，弯曲的部分在弹性变形同时，也伴随着塑性变形和加工硬化。压型板辊弯成型工艺主要有2种：1）顺序成型法：先从中间波纹按顺序像边缘波纹逐渐成型，或是先从边部波纹再像中间波纹逐渐成型。其特点是坯料宽度计算简单，辊子的安装和调试方便，成型时所需的力比较小。但机架数相对要求比较多。2）同时成型法：断面上的波纹同时成型，其特点是能用最少的成型道次获得最终的成品，但需要精确计算坯料的宽度，对成型机组要求有较高的安装精度；同时，由于弯曲处发生金属硬化，成型所需的力较大，成型辊磨损比较严重，压型板厚度的增加给成型设备和工艺带来了一些困难，如：成型所需的力大幅增加，弯曲成型过程中板材横向位移较大，上下成型轧轮弯曲半径需要更多考虑与材料弯曲性能匹配等。如果成型工艺不合理，则容易产生各种缺憾。因此，厚规格铝压型板生产对连轧机的设备能力提出了较高要求，并且需要合理设计辊弯生产工艺。孔型弯曲半径的设计需要充分考虑板材的变形特点和板材成型能力，以减少角部开裂等缺陷的产生。

　　本文对厚规格（3—4mm）铝压型板辊弯成型工艺进行了研究，基于铝合金板材成形能力和压型板规格特点，开发了厚规格铝压型板顺序辊弯成型工艺。对少量出现的铝压型板角部裂纹缺陷进行了断口SEM微观表征，分析断裂产生原因，从材料选择和预处理的角度，提出了减少缺陷的相应措施。

　　1 压型板成分、规格和性能

　　本文所采用的铝合金板材是一种强度比较高防锈铝合金，主要用于船舶制造行业，分析成分可知：铝—镁合金中含有少量的Mn、Cr和Ti元素，Mn元素的加入能够使含镁的相如Mg5AL8弥散沉淀，起到弥散强化的作用，同时起到提高铝合金的抗腐蚀性能。加入的Cr和Ti元素可以细化合金晶粒，而Fe、Si、Cu等为杂质元素，他们的存在对铝合金的性能与质量有较大的负面影响。

　　2 压型板成型工艺

　　一般认为顺序成型法需要用较多的成型辊，但由于载荷的降低，实际顺序成型法较同时成型法其成型辊重量可以减少20%左右。同时成型过程中，板材一开始就沿整个断面变形，各个弯曲处的相互作用使金属的横向移动比较困难，特别是当成型辊加工精度稍有偏差时，就会造成板材在成型过程中取法按照预先设定的状态变形，从而产生形状和尺寸的误差。同时成型过程中存在着较大的应力，除了容易造成压型板边部尺寸过大以形成褶皱和形状改变，还可能产生横向弯曲和板面不平。顺序成型过程中，当一个波成型时，其自由周边的板材很容易发生所需的金属横向流动。使弯曲处板材和成型辊的摩擦力减小，有利于板材成型。2种成型方法各有各的优缺点，但对于中、低波形压型板和一些特殊形状的压型板，顺序成型法有一定的优越性。

　　压型板原料宽度为900~1200mm，压型板共有4个梯形槽。由于压型板成型过程中，板材在轧轮中收到拉伸，并且槽型较深，若采用3mm铝合金板材，深度与厚度比值达17:1，变形过程中局部会发生加工硬化，对板材成形性能要求较高。压型板成型过程中，金属板沿横向受到拉伸作用。从而形成槽型。槽深要求成型过程中板材横向流动较大，完全采用同时成型，槽型之间对板材的作用力使材料流动较为困难，容易造成板材局部变薄甚至断裂。又由于板材相对较厚，如果4个槽型同时成型对成I系那个设备所提供的轧制力要求较大。基于对上述分析，根据同时成型和顺序成型的特点，对2种方案进行比较，提出了多点逐道次顺序成型工艺，从微软解决了高硬化多槽型铝合金压型板的成型问题。将铝压型板的成型过程分为2个阶段，先对中间的2个槽型进行成型，然后再对外侧的2个槽型进行成型。

　　3 裂纹缺陷分析

　　断口具有典型的微孔聚合型断裂形貌，其特征是存在大量韧窝。韧窝是微孔长大的结果，韧窝内大多包含着一个夹杂物与第二相，这说明微孔多萌生于夹杂物或是第二相与基体的界面上。此外由于基体加工硬化能力较强，韧窝大而浅。当板材弯曲过程中，在外侧产生拉应力，开始产生微孔，继而长大和聚合，形成一中心裂纹，这中心裂纹沿着垂直于拉力轴的方向伸展，最终到试样边缘以大约和轴向成45°平面剪切断开。

　　Fe元素作为铝合金中杂质元素，当含量过大时，会生成金属化合物，形成硬点，一句元素含量比，AL6(FeMn)多元硬脆相，容易成为塑性加工过程中裂纹源，并显著影响材料的加工硬化性能。元素偏聚现象，容易导致脆性增加，工艺性能下降；同时镁元素偏聚容易形成的颗粒镁铝脆硬相，降低沉淀强化效果，并导致脆性增加，在塑性加工过程中容易发生破裂，而成为裂纹源。此外，在断口中也观察到少许破碎状富Si硬点以及夹杂物，它们在加工过程中也容易破碎，导致裂纹萌生。

　　4 结论

　　1）成功开发了厚规格铝合金压型板辊弯顺序成型工艺，给出了道次压下规程和轧轮横向移动量分配。

　　2）对少量压型板角部裂纹断口分析表明：铝合金板材内部存在部分大颗粒杂质，在弯曲变形过程中容易破碎，导致与铝基体界面之间萌生微裂纹，裂纹扩散导致角部裂纹缺陷的产生。

　　3）基于上述缺陷形成原因，从控制微观组织结构和板材成型性的角度，可以采用对铝合金板材进行预退火热处理和减慢加工变形速率等措施降低加工硬化程度，提高板材塑性，从而减少裂纹缺陷。