鋁合金的焊接要求及檢測(cè)

孫友強(qiáng)

【摘? 要】隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，軌道交通運(yùn)輸能力不斷的提升，車體生產(chǎn)材料也從傳統(tǒng)的碳鋼變成輕便耐用的鋁合金材料，鋁合金的物理特性、耐腐蝕、可焊性及表面易于處理良好的加工成型性，可再生、易于回收利用的諸多優(yōu)點(diǎn)。使其在高速列車和城市軌道交通車體應(yīng)用上備受青睞。鋁及其合金化學(xué)活潑性很強(qiáng)，表面易形成氧化膜，具有難熔性質(zhì)，焊接時(shí)容易造成不熔合現(xiàn)象;氧化膜密度同鋁的密度極其接近，容易成為焊縫金屬的夾雜物和焊接裂紋;同時(shí)，氧化膜可以吸收較多的水分而常常成為形成焊縫氣孔的重要原因之一;鋁合金的線脹系數(shù)大，導(dǎo)熱性又強(qiáng)，焊接時(shí)容易產(chǎn)生焊接變形。焊接缺陷的存在嚴(yán)重降低了焊接結(jié)構(gòu)的承載能力也會(huì)影響車體結(jié)構(gòu)的使用壽命，因此研究鋁合金焊接缺陷為獲得高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)和優(yōu)質(zhì)焊接接頭質(zhì)量，制定焊接工藝提供可靠依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】鋁合金焊接質(zhì)量;焊接缺陷;檢測(cè)探傷

引言：隨著焊接研究的不斷深入，自動(dòng)化程度也越來越高，但手工電弧焊的位置仍然是無法被替代的，這也成為制約焊接質(zhì)量的一個(gè)瓶頸。重要連接焊縫需要進(jìn)行射線探傷（RT）。優(yōu)質(zhì)的焊縫表面應(yīng)圓滑過渡至母材，表面不得有裂紋、未熔合、夾渣、氣孔、焊瘤、咬邊等缺陷，焊縫內(nèi)部同樣不允許有缺陷。通過對(duì)鋁合金缺陷的研究，進(jìn)一步優(yōu)化提高鋁合金的焊接性，更好的服務(wù)于生產(chǎn)、提高車體的使用壽命。

一、鋁合金焊接質(zhì)量影響因素

1.1、焊接電源影響

焊接電源是焊接工藝執(zhí)行過程中最重要的因素。若焊接電源自身性能不好，必然不會(huì)產(chǎn)生良好的焊件。如當(dāng)焊機(jī)的引弧性能差，電弧燃燒不穩(wěn)定，就不能保證工藝參數(shù)穩(wěn)定，焊接過程就無法正常進(jìn)行，焊接質(zhì)量就得不到保證。

1.2、焊接工藝參數(shù)影響

1.2.1、焊接電流

焊接電流大小選擇恰當(dāng)與否直接影響到焊接的最終質(zhì)量。焊接電流過大，可以提高生產(chǎn)率，并使熔透深度增加，但易出現(xiàn)咬肉、焊瘤等缺陷，并增大氣孔傾向。

1.2.2、焊接速度焊接速度是與焊接生產(chǎn)效率密切相關(guān)的主要參數(shù)。合理選擇焊接速度對(duì)保證焊接質(zhì)量尤為重要。焊速過快，使熔池溫度不夠，易造成未焊透、未熔合、焊縫成型不良等缺陷。焊速過慢，使高溫時(shí)間長(zhǎng)，熱影響區(qū)寬度增加，焊接接頭的晶粒變粗，機(jī)械性能降低，焊件的變形量增大，同時(shí)焊速過慢還會(huì)使每層的厚度增大，導(dǎo)致熔渣倒流，形成夾渣等缺陷.

1.2.3、電弧電壓

焊接過程中合理的控制電弧長(zhǎng)度是保證焊接縫質(zhì)穩(wěn)定的重要因素。電弧過長(zhǎng)對(duì)熔化金屬保護(hù)差，空氣中的氧、氮等有害氣體容易侵入，使焊縫易產(chǎn)生氣孔，焊接金屬的機(jī)械性能降低。但弧長(zhǎng)也不易過短，若弧長(zhǎng)過短，就會(huì)引起粘連現(xiàn)象，且由于電弧對(duì)溶池的表面壓力過大，不利于溶池的攪拌，使溶池中氣體及溶渣上浮受阻，從而引起氣孔、夾渣等缺陷的產(chǎn)生。

1.2.4、焊接層數(shù)選擇不當(dāng)

焊接層數(shù)的選擇對(duì)焊縫質(zhì)量也有一定的影響，每層厚度過大，對(duì)焊縫金屬的塑性有不利的影響，且焊接過程中產(chǎn)生未熔合等缺陷。但每層厚度也不易過小，以免造成焊縫兩側(cè)熔合不良。

1.2.5、焊絲類型及焊絲直徑

焊縫金屬的性能主要由焊絲和母材金屬相互熔化來決定。因此，焊縫金屬材料類型選擇恰當(dāng)與否是影響焊縫質(zhì)量的重要因素，如6005A主要選擇ER 5087或ER 5356，而鑄鋁件一般選擇ER 4043等搭配規(guī)律應(yīng)該熟記。

1.3、焊工操作影響因素

在焊接生產(chǎn)過程中，焊工的焊接操作技術(shù)水平低，就意味著打底焊接的運(yùn)槍方法、角度、接頭、中間層及蓋面層的運(yùn)槍方法、接頭、收尾等操作方法掌握不熟練，這是造成焊縫質(zhì)量差的重要原因之一。此外，焊前準(zhǔn)備階段對(duì)工件上的油、銹、水分清理不嚴(yán)格，焊絲未檢查是否是干燥狀態(tài)及現(xiàn)場(chǎng)濕度是否超過60%等因素，都會(huì)造成焊縫產(chǎn)生大量的氣孔，從而使焊接縫質(zhì)量達(dá)不到要求。

二、底架枕梁與牽引梁連接射線探傷焊縫的焊接

2.1.焊前準(zhǔn)備按工藝文件要求對(duì)枕梁與牽引梁連接位置組對(duì)，對(duì)焊縫兩側(cè)50mm區(qū)域打磨，打磨前用酒精（丙酮）對(duì)坡口區(qū)域擦拭，防止機(jī)加油污對(duì)焊縫造成污染。準(zhǔn)備風(fēng)動(dòng)工具：風(fēng)動(dòng)直磨機(jī)，風(fēng)動(dòng)旋轉(zhuǎn)銼，風(fēng)動(dòng)碗刷，風(fēng)動(dòng)銑刀。測(cè)溫儀，氧乙炔烤槍，良好性能的MIG焊機(jī)，純度99.99%Ar，或者混合氣（He-Ar-N2）作為焊接保護(hù)氣，焊接斷面微觀顯示氣孔單個(gè)或無氣孔且熔深為指狀，熱量集中熔合效果佳。

2.2.焊接探傷縫

氧乙炔預(yù)熱焊后，第一層打底焊接按WPS參數(shù)規(guī)范采用直線運(yùn)條方法，焊接過程注意焊接角度，確保焊接熱輸入量最大，并盡量壓低電弧保持電弧的推力，也防止氣孔的產(chǎn)生。

第二層填充坡口采用直線停頓或小圈運(yùn)條方法，可以對(duì)熔池有攪拌作用有利于氫氣的上浮排除。與母材的良好熔合，層間溫度保持在90攝氏度。層間黑灰用風(fēng)動(dòng)碗刷去除防止層間未熔合。

第三層采用鋸齒運(yùn)條手法，操作時(shí)注意觀察兩側(cè)電弧停留時(shí)間及填充量的把握。

第三次蓋面，采用停頓或畫圈運(yùn)條手法。注意層間溫度及有無死角。一道一道直至把坡口填滿。

2.3.焊縫表面滲透探傷（PT）

焊縫修磨表面無缺陷，對(duì)焊縫做滲透探傷無缺陷進(jìn)入下一步

2.4.探傷焊縫射線探傷（RT）

2.5缺陷的控制措施

2.5.1.氣孔的預(yù)防措施

（1）焊前認(rèn)真清理焊件表面的油污、水份和氧化膜，并盡量在短時(shí)間內(nèi)焊接。

（2）保證氣體純度和適當(dāng)?shù)牧髁?，并且要有良好的保護(hù)效果。

（3）采用水平位置焊接，焊前在試板上試焊，確定合適電壓和電流等參數(shù)。

（4）雙面焊接時(shí)，背面要清根后再焊接。

（5）焊縫的首尾端和斷弧處易出現(xiàn)氣孔，因此，要盡量采用引板起弧和熄弧。

2.5.2裂紋的預(yù)防措施

冶金因素方面，為了防止焊接時(shí)產(chǎn)生晶間熱裂紋，主要通過調(diào)整焊縫合金系統(tǒng)或向填加金屬中添加變質(zhì)劑。調(diào)整焊縫合金系統(tǒng)的著眼點(diǎn)，從抗裂角度考慮，在于控制適量的易熔共晶并縮小結(jié)晶溫度區(qū)間。由于鋁合金屬于典型的共晶型合金，最大裂紋傾向正好同合金的“最大”凝固溫度區(qū)間相對(duì)應(yīng)，少量易熔共晶的存在總是增大凝固裂紋傾向，所以，一般都是使主要合金元素含量超過裂紋傾向最大時(shí)的合金組元，以便能產(chǎn)生“愈合”作用。而作為變質(zhì)劑向填加金屬中加入Ti、Zr、V 和 B 等微量元素，企圖通過細(xì)化晶粒來改善性，并達(dá)到防止焊接熱裂紋的目的嘗試，在很早以前就開始了，并且取得了效果。這種細(xì)小的難熔質(zhì)點(diǎn)，可成為液體金屬凝固時(shí)的非自發(fā)凝固的晶核，從而可以產(chǎn)生細(xì)化晶粒作用。

在工藝因素上，主要是焊接規(guī)范、預(yù)熱、接頭形式和焊接順序，這些方法都是從焊接應(yīng)力上著手來解決焊接裂紋。焊接工藝參數(shù)影響凝固過程的不平衡性和凝固的組織狀態(tài)，也影響凝固過程中的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度，因而影響裂紋的產(chǎn)生。熱能集中的焊接方法，有利于快速進(jìn)行焊接過程，可防止形成方向性強(qiáng)的粗大柱狀晶，因而可以改善抗裂性。采用小的焊接電流，減慢焊接速度，可減少熔池過熱，也有利于改善抗裂性。而焊接速度的提高，促使增大焊接接頭的應(yīng)變速度，而增大熱裂的傾向?？梢姡龃蠛附铀俣群秃附与娏?，都促使增大裂紋傾向。在鋁結(jié)構(gòu)裝配、施焊時(shí)不使焊縫承受很大的鋼性，在工藝上可采取分段焊、預(yù)熱或適當(dāng)降低焊接速度等措施。通過預(yù)熱，可以使得試件相對(duì)膨脹量較小，產(chǎn)生焊接應(yīng)力相應(yīng)降低，減小了在脆性溫度區(qū)間的應(yīng)力;盡量采用開坡口和留小間隙的對(duì)接焊，并避免采用十字形接頭及不適當(dāng)?shù)亩ㄎ弧⒑附禹樞?焊接結(jié)束或中斷時(shí)，應(yīng)及時(shí)填滿弧坑，然后再移去熱源，否則易引起弧坑裂紋。

三、結(jié)論

根據(jù)焊工的工作經(jīng)驗(yàn)和工藝的指導(dǎo)，焊接的缺陷是相對(duì)容易控制的，隨著對(duì)鋁合金焊接工藝研究的不斷深入，相信在不久的未來鋁合金的焊接技術(shù)會(huì)有更大的突破。更好的服務(wù)于焊接生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《鋁合金車體焊接工藝》（2010年）機(jī)械工程出版社 王炎金 著

[2]《焊接冶金與焊接性》（2008年）機(jī)械工業(yè)出版社 劉會(huì)杰 著