淺述合金焊接材料的選擇與焊接工藝技術(shù)

喻再富

摘要：本文對骨架合金焊接材料選擇方法進行分析，并從焊接順序、焊接方法與加熱工藝等方面介紹焊接工藝，最后以鈦合金為例開展焊接試驗。試驗結(jié)果表明，在焊接參數(shù)不變時，與TIG焊相比，TC4與A-TIG焊的熔深更深、熔寬更窄，且A-TIG焊縫區(qū)晶粒更加細小;因A-TIG焊的電流值較大，焊接熔池深度更深，柱狀晶更細小。

關(guān)鍵詞：鈦合金焊接;材料選擇;焊接工藝

引言：在工業(yè)飛速發(fā)展之下，設(shè)備整體構(gòu)造日益復(fù)雜，合金焊接材料與工藝對其質(zhì)量具有直接影響。因此，應(yīng)加強對焊接材料選擇的重視，嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)進行焊接，才可提高整體焊接效率和質(zhì)量，避免出現(xiàn)變形等問題，使機械設(shè)備更加可靠，設(shè)備使用的安全性能得到顯著提升。

1骨架合金焊接材料的選擇

以汽車骨架為例，在選擇骨架材料時首先要注重汽車荷載能力，在設(shè)備合理能力內(nèi)選擇相應(yīng)的骨架材料，以免因材料選擇失誤而產(chǎn)生質(zhì)量問題。當(dāng)前，車輛骨架材料多使用6Mn、Q235A型的低合金鋼材料，兩種材料的厚度適中，焊接性能良好，可與設(shè)備骨架焊接相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符合，還可滿足結(jié)構(gòu)材料方面的要求。此外，二者在焊接時無需熱處理便可直接焊接，因此焊接后期骨架的收縮力較小，材料質(zhì)量風(fēng)險相對較低。例如，在焊接中材料不容易出現(xiàn)裂縫、氣泡等，且對焊接技術(shù)的要求不高，將此類材料應(yīng)用到焊接工作中，可與新時期的材料需求充分符合，促進焊接工藝的可持續(xù)發(fā)展[1]。

2合金材料的焊接工藝應(yīng)用

2.1焊接順序

合金焊接技術(shù)適用于骨架焊接，設(shè)備骨架如同人體骨骼，對設(shè)備具有支撐作用，同時也是各個節(jié)點相互連接的基礎(chǔ)所在。在車輛整體結(jié)構(gòu)焊接中，由于設(shè)備骨架節(jié)點數(shù)量眾多，焊縫多達上百處，且焊縫位置并非完全對稱，對焊接工藝帶來較大的難度。要想提高焊接質(zhì)量，便于后期處理，應(yīng)采用正確科學(xué)的焊接順序。通常情況下，應(yīng)與設(shè)備骨架基本組構(gòu)結(jié)合進行選擇。根據(jù)施工常理來看，焊接順序分為對稱焊接、由中間向兩端焊接兩種形式。在選擇焊接順序時，應(yīng)在保障接頭質(zhì)量的同時，綜合考慮效率與經(jīng)濟性。不同焊接方式對熔合區(qū)過渡層熔合比具有直接影響，進而影響接頭性能，因此無論采用何種焊接順序，都應(yīng)確保嚴(yán)格按照焊接流程開展，才可有效減少骨架焊接現(xiàn)象發(fā)生，使骨架焊接質(zhì)量得到顯著提升。

2.2焊接方法

骨架結(jié)構(gòu)焊接方法對焊接質(zhì)量具有決定作用，可影響到結(jié)構(gòu)質(zhì)量、可靠性、安全性與使用壽命等多個方面。在車架設(shè)備焊接中，對焊接技術(shù)具有嚴(yán)格要求，首先要考慮到動荷載力因素，也就是在焊接時要考慮到車輛行駛時產(chǎn)生的最大荷載力，在此基礎(chǔ)上進行焊接操作。對此，應(yīng)對骨架設(shè)備剛度進行測試，使其剛度強度得到切實保障，還要考慮到焊接后期骨架收縮力問題，以免因該項力的作用導(dǎo)致質(zhì)量不達標(biāo)。此外，還應(yīng)根據(jù)各項參數(shù)選擇相應(yīng)的焊接方法，并在工藝實施中對局部參數(shù)進行調(diào)整。

2.3加熱工藝

在骨架焊接過程中，基本原理在于采用恰當(dāng)?shù)牟牧蠈⒏鱾€節(jié)點焊接在一起。對于不同的材料來說，在焊接后產(chǎn)生的焊縫也不盡相同，設(shè)備骨架焊接中難免會因焊接儀器作業(yè)導(dǎo)致接頭受熱，如若此時未對材料進行熱處理，或者處理方式不當(dāng)，很容易導(dǎo)致接頭因焊熱而發(fā)生改變，承載力降低，焊接質(zhì)量也會因此受到較大影響。對此，設(shè)備骨架節(jié)點焊接中，施工人員應(yīng)重視對短焊接材料的收弧與銜接處理，使補焊現(xiàn)象得到有效避免。在實際焊接中，應(yīng)盡可能的減少焊接材料加熱頻率，使設(shè)備焊接質(zhì)量得到顯著提升，與設(shè)計剛度相符，骨架設(shè)備更加安全可靠[2]。

3鈦合金焊接試驗

3.1材料與方法

本試驗中采用五塊鈦合金板，尺寸分別為100mm×50mm×2mm的三塊，100mm×50mm×6mm的兩塊。在正式焊接之前，用砂紙對其表面進行打磨，再用無水乙醇清洗后吹干。焊劑為A-TIG焊活性劑、FT-01型活性劑，在投入使用前用無水乙醇調(diào)和為糊狀。焊機為精密方波焊機，型號為TIG275。試驗方法為：在焊接之前，首先將活性劑均勻的涂抹在焊縫表面，焊劑層寬度在10—15mm之間，厚度約為0.03mm，當(dāng)無水乙醇揮發(fā)完畢后便可焊接。在焊接之后，觀察焊縫表面變化，在Axioert 200MAT型顯微鏡下查看焊縫截面的顯微組織。本次試驗的焊接參數(shù)如下：根據(jù)鈦合金板尺寸的不同，三塊小尺寸的板分別編號1號、2號和3號，兩塊大尺寸的板編號為a板和b板。其中，1號和2號采用A-TIG焊法，焊接電流為70A，電壓為17V，焊接速度為14m·/h，氬氣流量為6L/min;三號與a號采用TIG焊法，焊接電流為35A，電壓為15V，焊接速度為14m·/h，氬氣流量為6L/min;b號采用A-TIG焊法，焊接電流為30A，電壓為15V，焊接速度為14m·/h，氬氣流量為6L/min。

3.2試驗結(jié)果

3.2.1對焊縫表面的影響

在不同焊法下，對焊縫表面情況進行觀察可知，在A-TIC焊接后，焊縫兩側(cè)的焊渣眾多，焊縫中間有裸露的金屬，且焊后余高增加。在常規(guī)TIG焊后電弧區(qū)的反應(yīng)較為激烈，電弧前部收縮，后拖現(xiàn)象顯著。同時，焊絲到鎢棒下方才可熔化，熄弧位置的弧坑形態(tài)也表明電弧具有較強后拖現(xiàn)象，弧坑窄且長。

3.2.2對熔深、熔寬與微組織的影響

在常溫狀態(tài)下，鈦合金為a+β雙相組織，a相為白色，β相為黑色，且摻雜在a相中間，兩相為層狀分布。焊縫作為重結(jié)晶組織，晶粒較為粗大，以柱狀為主，內(nèi)部交錯摻雜著少量針狀a組織與馬氏體。根據(jù)顯微圖像可知，在焊接參數(shù)相同的情況下，鈦合金A-TIG焊與TIF焊相比，熔深更深，熔寬更窄，且前者在焊后還會出現(xiàn)許多柱狀晶組織。

3.2.3焊接電流的影響

根據(jù)試驗結(jié)果可知，在相同的焊接狀態(tài)下，當(dāng)焊接電流越大時，熔池深度便越深，柱狀晶的數(shù)量越多，且密集排列。將焊接電流為70A和35A的圖像進行對比可知，前者的晶粒更小，這意味著在A-TIG焊中特定電流范圍內(nèi)，當(dāng)電流數(shù)值增加時，焊縫區(qū)晶粒便會越小，使焊接組織更加優(yōu)良。通過試驗圖像可知，焊縫周圍區(qū)域的焊接組織晶粒更加粗大，而與熔池相距較遠的晶粒，則更加細小，這說明因熔池區(qū)的溫度相對較高，且高溫持續(xù)時間較長，因此晶粒便會更加粗大。根據(jù)圖像還可看出不同區(qū)域中，焊接接頭的顯微組織有所區(qū)別，在與焊縫相近的位置，處于接頭焊接熱影響區(qū)，在熱循環(huán)的影響下，組織也發(fā)生明顯改變，主要為原始a相與馬氏體。因該區(qū)域組織分布不夠均勻，成分復(fù)雜多樣，屬于接頭最為薄弱之處，很容易在焊接時出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。

根據(jù)上述試驗結(jié)果可知，在焊接參數(shù)不變時，與TIG焊相比，TC4與A-TIG焊的熔深更深、熔寬更窄;且A-TIG焊縫區(qū)晶粒也更加細小;因A-TIG焊的電流值較大，焊接熔池深度更深，柱狀晶更細小[3]。

結(jié)論：綜上所述，在經(jīng)濟與科技飛速發(fā)展之下，骨架焊接質(zhì)量對設(shè)備整體性能具有決定作用，還會對骨架質(zhì)量、設(shè)備安全與壽命具有較大影響。對此，首先要科學(xué)合理的選擇焊接選擇，并根據(jù)實際情況，從多個角度提升焊接工藝質(zhì)量，為機械設(shè)備的現(xiàn)代化發(fā)展打下堅實基礎(chǔ)，通過對焊接工藝的創(chuàng)新研究，推動我國工業(yè)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]李青崗，褚衍懷.淺析鋁合金材料焊接工藝參數(shù)的選擇[J].中國化工貿(mào)易，2018，10（25）.

[2]魏榮奇.焊接材料及工藝對鋁合金焊接性能的影響[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2018，000（010）：3956-3956.

[3]謝合勝.論焊接材料及工藝與鋁合金焊接性能之間的聯(lián)系[J].時代農(nóng)機，2019（8）：56-56.