鋁合金焊接工藝

1、 6082鋁合金的焊接 摘 要 本文先介紹鋁合金焊接的特點(diǎn)，然后就6082鋁合金的焊接性能做了簡單說明，隨后著重介紹了6082鋁合金的焊接工藝過程。關(guān)鍵詞 6082鋁合金 焊接 1.鋁合金焊接特點(diǎn)及6082鋁合金焊接簡介1.1鋁合金焊接特點(diǎn)由于鋁及鋁合金所具有獨(dú)特的物理化學(xué)性能，在焊接過程中會產(chǎn)生一系列的困難和特點(diǎn)，具體表現(xiàn)為:(1) 鋁合金表面有一層致密的氧化鋁薄膜熔點(diǎn)約2050 C ，焊接時(shí)如未能將其消除，將會影響基體金屬的熔化質(zhì)量，形成夾雜等質(zhì)量問題；(2) 熱導(dǎo)率大(約為鋼的9倍)，導(dǎo)電性好，焊接時(shí)若要達(dá)到與鋼相同的焊速，則焊接線能量要比焊鋼時(shí)大2- 4倍；(3) 線膨脹系數(shù)大，焊件有

2、產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力、變形及裂紋的傾向；(4) 易產(chǎn)生氣孔；(5) 鋁合金焊接接頭的強(qiáng)度降低。 鋁合金的這些焊接特點(diǎn)，正是我們在研制焊接設(shè)備各焊接工藝時(shí)應(yīng)認(rèn)真對待的問題，只有這樣我們才能開發(fā)出適合鋁合金焊接的設(shè)備，材料和焊接工藝。1.2 6082鋁合金1.2.1 6082鋁合金特點(diǎn)6082屬Al-Mg-Si系熱處理可強(qiáng)化鋁合金，具有中等強(qiáng)度，良好的可焊接性及耐腐蝕性，其-T6狀態(tài)具有較高的機(jī)械特性，廣泛用于機(jī)械零部件、商務(wù)車輛、鐵路結(jié)構(gòu)件、造船等。產(chǎn)品具有的特點(diǎn)： 1、良好的可成型性、可焊接性。 2、強(qiáng)度高。 3、可使用性好，接口特點(diǎn)優(yōu)良。 4、易于加工，容易涂層。5、抗腐蝕性、抗氧化性好。1.2

3、.2 6082鋁合金焊接性能（1）關(guān)于氧化膜氧與鋁親和力很強(qiáng)，在鋁材表面生成致密而結(jié)實(shí)的Al2O3薄膜，厚度約0.10.2m，熔點(diǎn)2050，在焊接過程中，氧化鋁薄膜會阻礙金屬之間的良好結(jié)合，并易造成夾渣，氧化膜還會集吸附水分，焊接時(shí)會使焊縫生成氣孔。焊前清除氧化膜的工藝性措施:a）使用風(fēng)動不銹鋼絲輪將焊縫區(qū)域內(nèi)的氧化膜打磨干凈，以打磨處呈白亮色為標(biāo)準(zhǔn)，打磨區(qū)域?yàn)楹缚p兩側(cè)至少25mm以上;b）使用化學(xué)方法，如酸洗。原則上工件打磨后在48小時(shí)內(nèi)沒有進(jìn)行焊接，酸洗部件在72小時(shí)內(nèi)沒有進(jìn)行焊接，則焊前必須重新打磨焊接區(qū)域。（2）關(guān)于氫元素鋁是活性元素，本身能脫氧，鋁在液態(tài)時(shí)能大量吸收和溶解氫。鋁的導(dǎo)熱

4、系數(shù)很大，在相同的焊接工藝條件下，其冷卻速度為鋼的47倍，使金屬結(jié)晶加快，焊接熔池在快速冷卻過程中，氫的溶解度急劇下降，此時(shí)析出大量過飽和氣體，氫氣來不及析出在焊縫金屬中形成氣孔。所以焊接過程中主要形成的氣孔為氫氣孔，主要表現(xiàn)為 ：保護(hù)氣體中的水分、焊接材料及母材表面吸附的水分、工件坡口處的氧化膜、油污等；焊前控制氫來源的工藝性措施: a）用棉布將來料或工件上的灰塵和臟物擦干凈，如果工件上有油污，使用清洗液清理干凈；b）為保證焊絲的質(zhì)量，焊絲原則上用完后再到焊絲房領(lǐng)用，禁止現(xiàn)場長時(shí)間（24小時(shí)以上）存放焊絲；c）嚴(yán)格限制焊接材料的含水量，使用前干燥處理。(3)關(guān)于焊接裂紋在焊接應(yīng)力及其他因素共

5、同作用下，焊接接頭中局部區(qū)域的金屬原子結(jié)合力遭到破壞形成新界面而產(chǎn)生的縫隙稱為焊接裂紋，鋁合金焊接裂紋通常都是熱裂紋。鋁合金是典型的二元或多元共晶合金，在焊接加熱和冷卻過程很迅速，合金來不及建立平衡狀態(tài)，固相和液相之間的擴(kuò)散來不及進(jìn)行，先結(jié)晶的為高熔點(diǎn)組元，后結(jié)晶的為低熔點(diǎn)組元被排擠到焊縫中心，在焊接應(yīng)力作用下發(fā)生開裂，形成焊縫中心結(jié)晶裂紋。而鋁合金接頭熱影響區(qū)會出現(xiàn)液化裂紋。焊接過程中采取的防止裂紋的工藝性措施主要有: a）采用熱能集中的焊接方法，有利于快速進(jìn)行焊接，防止形成方向性強(qiáng)的粗大柱狀晶，改善抗裂性;b）增大電弧電壓或減小焊接電流、減慢行走速度以加寬焊道加大焊道截面積而減小熔深,增大

6、焊速和提高電流都不利于抗裂，因?yàn)樘岣吆杆?，促使焊接接頭的應(yīng)變速率，增大熱裂傾向;c）降低收弧電流、延長收弧時(shí)間，以便將弧坑填滿。2.6082鋁合金焊接工藝2.1理化實(shí)驗(yàn)6082鋁合金的化學(xué)成分：材料SiFeCuMnMgCrZnTiOthersAl(min)60820.500.100.250.200.100.15remainder母材的力學(xué)性能：牌號抗拉強(qiáng)度M Pa屈服強(qiáng)度M Pa斷后伸長率608231026062.2選焊接設(shè)備試驗(yàn)采用熔化極惰性氣體保護(hù)焊，采用IGM單臂焊接機(jī)械手進(jìn)行焊接，如圖1所示。焊接時(shí)用w ( Ar) 99.99%的純氫進(jìn)行保護(hù)。2.3焊接材料準(zhǔn)備 根據(jù)DIN 6700-

7、6標(biāo)準(zhǔn)，此次焊接工藝試驗(yàn)選用的焊接材料為AlMg4.5MnZr焊條，牌號:ER5087，直徑1.2 mm。焊絲的化學(xué)成分如下表所示：材料SiFeCuMnMgCrZnTiOthersAlER50870.250.400.050.71.14.65.20.050.250.250.150.20其余2.4開坡口焊接試驗(yàn)對接試件采用單而V形坡口.坡口角度為70.根部無對接間隙.鈍邊為0-1 mm。2.5焊前（預(yù)熱）焊接過程采用PA平焊的焊接位置，電源極性為直流反接。焊前將試板無間隙組對，背部點(diǎn)固焊接永久型鋁合金焊接墊板。焊接前需清除焊接坡口及其周圍20 mm區(qū)域內(nèi)的油污，用不銹鋼絲刷打磨坡口及附近區(qū)域，清除

8、氧化膜至露出金屬光澤。預(yù)熱溫度為80-100 ，道間溫度控制在200以內(nèi)。2.6焊中（參數(shù)控制）焊接過程中注意對焊接熔池的跟蹤觀察.遇到電弧不穩(wěn)和焊道跑偏情況，可以及時(shí)調(diào)整電弧電壓和焊槍指向，保證焊接質(zhì)量。具體焊接工藝參數(shù)見下表。焊層焊絲牌號及規(guī)格|mm弧長修正率(%)功率(%)焊接速度V|(m|min)氣體流量Q|(L.|min)打底5087.1.25739020蓋面8057.1.2127568202.7焊后（緩冷）焊后打磨清理焊縫.按照EN970標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行外觀檢查。2.8探傷檢驗(yàn)2.8.1射線探傷 焊后對試驗(yàn)焊縫進(jìn)行X射線探傷，用變頻充氣X射線探傷機(jī)拍片，按照ISO 10042 B級標(biāo)準(zhǔn)對焊

9、縫進(jìn)行結(jié)果評定。射線探傷結(jié)果分析： 從X射線探傷片子中沒有看到焊縫未熔合、裂紋等焊接缺陷，只是有單個氣孔，但沒有形成鏈狀，且單個氣孔尺寸均不超標(biāo)，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)果表明:該材料焊接工藝性良好。焊接接頭抗拉強(qiáng)度R|M Pa屈服強(qiáng)度R|M Pa斷后伸長率A(%)冷彎角（）1196.59143.739.51802201.43155.469.5180 從焊接接頭的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用該焊接工藝焊接完成的6082材質(zhì)鋁合金焊接接頭力學(xué)性能良好，焊接接頭的抗彎性能、抗拉強(qiáng)度及斷而伸長率都符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。金相分析 從上圖可以看出，焊縫外觀成形很好，焊縫金屬熔合良好，根部完全熔透。宏觀金相中雖有單

10、個氣孔，但其尺寸均沒有超標(biāo)，符合標(biāo)準(zhǔn)的要求;沒有發(fā)現(xiàn)宏觀裂紋、層間未熔合及夾雜等缺陷，證明該焊接工藝可行性良好，所使用的焊條 ER5087具有良好的焊縫成形和電弧穩(wěn)定性。從圖3可以看出，6082鋁合金的焊接接頭焊縫區(qū)分為典型的鑄態(tài)組織，焊縫金屬中心部位晶粒較細(xì)小，呈等軸樹枝晶分布，該組織具有良好的強(qiáng)度和韌性，使焊接接頭具有很好的力學(xué)性能。從圖4可以看出，熱影響區(qū)呈明顯的柱狀樹枝晶組織分布，在熔合線處柱狀晶生長很粗大，說明鋁合金焊接過程中，由于鋁的熱導(dǎo)率很大，熱量很快就傳導(dǎo)開，使得熱影響區(qū)晶粒生長過程中產(chǎn)生很大的過冷度，導(dǎo)致樹枝晶組織的出現(xiàn)，過冷度越大，樹枝晶生長越粗大，從熔合線向母材方向生長。

11、該組織硬度高而韌性較差，使得焊接接頭力學(xué)性能較差，是焊接接頭最薄弱的區(qū)域。這也是拉伸試驗(yàn)中，試樣焊接接頭的斷裂部位主要發(fā)生在焊縫熱影響區(qū)的主要原因。從圖5可以看出，母材區(qū)為再結(jié)晶組織，晶粒非常細(xì)小，晶界分布多而均勻，該組織強(qiáng)度高韌性較好，表明6082鋁合金具有很好的力學(xué)性能。在焊縫區(qū)和熱影響區(qū)均沒有發(fā)現(xiàn)焊接熱裂紋，可證明該焊接工藝可行性良好，所用焊條ER5087焊接性良好。 圖3焊縫金屬微觀組織 圖4 熱影響區(qū)微觀組織 圖5 母材微觀組織參考文獻(xiàn):1鄭強(qiáng),陳康華,劉紅衛(wèi),黃蘭萍,胡化文,彭偉才.淺談鋁合金的焊接J.鋁加工,2003,05:49-52.2傅文元.鋁及鋁合金的焊接J.造船技術(shù),19

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