焊接工艺对铝合金焊接性能的影响

焊接工艺规程

1、焊前清理

铝及铝合金焊接前首先用丙酮试剂擦拭焊件表面去除油污，随后直接用直径0.15-0.2mm钢丝刷清理表面氧化物，露出金属光泽为止。不允许使用磨光机或普通砂纸清理，避免沙粒留在金属表面，焊接时进入熔池形成夹渣等焊接缺陷。

2、焊接时机

焊件清理完成到施焊时间应尽量短，一半在清理后4小时内施焊，清理后如存放时间过长（如超24小时）应重新清理。

3、焊前预热

薄、小铝件一般不用预热，厚度在10mm及以上板材焊前需进行焊前预热，板材厚度不同加热温度不同。10mm-15mm板材焊接前采用乙炔火焰加热，温度100-150度去除水分。厚大件法兰焊接时加温400-500度，预热可以减少变形，减少气孔等缺陷。

4、焊接过程参数

板板对接焊接

采用手工打底双面焊单面成形，焊缝宽度20±1mm，焊缝余高1~2mm，焊缝直线度不得大于1mm。

将板材打35°坡口，钝边留2mm，选用直径4mm 5356手工焊丝。

第一遍：手工打底焊，采用TIG焊接方式，不加焊丝，电流400A(12mm板材，8mm板材为380A)。

第二遍：手工填充焊，采用TIG焊接方式，加焊丝，电流380A(12mm板材，8mm板材为380A)。

第三遍：手工填充焊，采用采用TIG焊接方式，加焊丝，电流360A(12mm板材，8mm板材为320A)。

第四遍：采用琴键式焊机熔焊缝，采用TIG焊接方式，不加焊丝，电流380A，速度220mm/min焊枪横摆速度1800mm/min，摆宽5mm。

內镶法兰角焊缝（φ790法兰）选用直径1.6mm5356自动焊丝

内角缝：电流350-400A，滚轮转速120r/min，送丝速度3.0m/min。加摆动，摆宽5mm，摆频440Hz。

外角缝：第一遍电流350-400A，滚轮转速160-170r/min，送丝速度3.0-3.2m/min。不加摆动。

第二遍电流350-400A，滚轮转速180-220r/min，送丝速度1.2-1.5m/min。加摆动，摆宽5mm，摆频4400Hz。

WeldingTechnologyV01．42No．10Oct．2013工艺与新技术35文章编号：1002—025X(2013)10-0035—03焊缝余高对6082铝合金焊接接头疲劳性能的影响王润1，侯振国2，钮旭晶2，张艳辉2，王陆钊2(1．长春轨道客车股份有限公司，吉林长春130062；2．唐山轨道客车有限责任公司，河北唐山063035)摘要：本文通过对去掉焊缝余高、保留焊缝余高的6082铝合金焊接接头的疲劳性能进行了对比研究，结果表明：2种焊接接头的中值疲劳极限值基本相当：去掉焊缝余高焊接接头的疲劳断裂均位于焊接热影响区，而保留焊缝余高焊接接头的疲劳断裂位于热影响区或者焊趾处．这说明焊缝余高和焊接热输入对6082铝合金焊接接头疲劳性能的影响基本相同。关键词：6082；焊缝余高；焊接接头；疲劳性能中图分类号：TG407文献标志码：B0引言6082铝合金属于热处理强化铝合金，具有中等强度和良好的焊接性、耐蚀性，是我国高速列车车体的主要材质…。高速列车不断运行要承受疲劳动载荷。因此疲劳强度是衡量焊接接头性能的一个重要指标。6系列铝合金焊接过程中由于热输入的作用会导致焊接接头强度的降低。焊接热影响区的过时效软化区是热处理强化铝合金焊接接头的薄弱环节之--[21。软化区疲劳强度相对母材要有比较明显的降低。同时，焊缝余高的存在使得焊趾处应力相对集中也会对焊接接头的疲劳强度产生一定的影响。本文以6082铝合金为对象，研究焊缝余高对焊接接头疲劳性能的影响。l试验材料及方法1．1试验材料试验所用母材为6082一T6铝合金(固溶处理+人工时效)。试件规格为350mmxl50mmx8mm。所用焊接填充材料为直径1．2mm的MIGWELDA15087实心焊丝，试验材料的化学成分和力学性能分别见表1和表2。收稿日期：2013—05—06表1试验材料的化学成分(质量分数)(％)牌号SjFeCuMnMgCr6082一T60．40O．26(0．10<0．10066O．10A15087≤0．25<0．10≤O．050．6一1．04．3～5．20．05—0．25牌号ZnNiTiZrAl6082一T6<0．10<0．05<0．10余量A15087≤0．25≤0．150．08～0．2余量表2试验材料的力学性能牌号屈服强度Rm√MPa抗拉强度RdMPa伸长率A，(％)6082≥300≥255≥9508712527517采用MIG多层多道焊焊接工艺．焊接设备为FRONIUS(福尼斯)TPS4000型全数字化脉冲焊机，背部加8mm永久性铝垫板，间隙为3mm，坡口角度为700。焊接前用D40去除坡口油污．同时用千叶片对坡口进行打磨至露出金属光泽。保护气体为二元混合气妒(Ar)70％+9(He)30％，气体流量为18L／min。焊接顺序如图l所示。焊接工艺参数见表3。焊接完成后对试板分别进行外观检测、渗透探伤、X射线探伤，所有焊接缺陷均按照ISO10042一B级来检验。图1焊接顺序示

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铝及铝合金零件的焊接工艺

铝及铝合金材料密度低，强度高，热电导率高，耐腐蚀能力强，具有良好的物理特性和力学性能，因而广泛应用于工业产品的焊接结构上。长期以来，由于焊接方法及焊接工艺参数的选取不当，造成铝合金零件焊接后因应力过于集中产生严重变形，或因为焊缝气孔、夹渣、未焊透等缺陷，导致焊缝金属裂纹或材质疏松，严重影响了产品质量及性能。

1铝合金材料特点

铝是银白色的轻金属，具有良好的塑性、较高的导电性和导热性，同时还具有抗氧化和抗腐蚀的能力。铝极易氧化产生三氧化二铝薄膜，在焊缝中容易产生夹杂物，从而破坏金属的连续性和均匀性，降低其机械性能和耐腐蚀性能。常见铝合金母材和焊丝的化学成分及机械性能。广毅荣铜铝批发.

2铝合金材料的焊接难点

(1)极易氧化。在空气中，铝容易同氧化合，生成致密的三氧化二铝薄膜(厚度约0.1-0.2μm)，熔点高(约2050℃)，远远超过铝及铝合金的熔点(约600℃左右)。氧化铝的密度3.95-4.10g/cm3，约为铝的1.4倍，氧化铝薄膜的表面易吸附水分，焊接时，它阻碍基本金属的熔合，极易形成气孔、夹渣、未熔合等缺陷，引起焊缝性能下降。

(2)易产生气孔。铝和铝合金焊接时产生气孔的主要原因是氢，由于液态铝可溶解大量的氢，而固态铝几乎不溶解氢，因此当熔池温度快速冷却与凝固时，氢来不及逸出，容易在焊缝中聚集形成气孔。氢气孔目前难于完全避免，氢的来源很多，有电弧焊气氛中的氢，铝板、焊丝表面吸附空气中的水分等。实践证明，即使氩气按GB/T4842标准要求，纯度达到99.99%以上，但当水分含量达到20ppm时，也会出现大量的致密气孔，当空气相对湿度超过80%时，焊缝就会明显出现气孔。

(3)焊缝变形和形成裂纹倾向大。铝的线膨胀系数和结晶收缩率约比钢大两倍，易产生较大的焊接变形的内应力，对刚性较大的结构将促使热裂纹的产生。

(4)铝的导热系数大(纯铝0.538卡/Cm.s.℃)。约为钢的4倍，因此，焊接铝和铝合金时，比焊钢要消耗更多的热量。

铝合金焊接工艺

铝合金焊接工艺

铝合金具有重量轻、比强度高、耐腐蚀性好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点，因此被广泛地应用于各种焊接结构产品中。采用铝合金代替钢板材料焊接，结构重量可减轻50%以上。然而，铝合金焊接也有几大难点：接头软化严重、表面易产生难熔的氧化膜、容易产生气孔和热裂纹、线膨胀系数大、热导率大。因此，铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。

焊接要求

1.生产储存环境和辅助材料使用的要求

1.1 生产储存环境温度、湿度的要求

铝合金的生产和储存环境必须防尘、防水、干燥。环境温度通常应控制在5℃以上，湿度控制在70%以下。焊接环境的湿度不能太高，湿度过高会使焊缝中气孔的产生几率明显增加，影响焊接质量。应设置挡风板以避免室内穿堂风的影响。

1.2 焊丝及送气软管的使用要求

焊材的使用应注意储存。铝焊丝要与钢焊材分开储存。焊接完成后，要在焊机中取出焊丝进行密封处理，防止污染。送气软管最好使用特富龙软管(Teflon)。

1.3 工装的选用

铝合金焊接最好选用点接触形式的工装，以减小工装与工件的接触面积。如果工装对工件是面接触，会带走工件的热量，加速了熔池的凝固，不利于焊缝气孔的排除。

2.焊丝及保护气体的选用

2.1 焊丝的选用

铝及铝合金焊丝的选用应使对接接头的抗拉强度、塑性达到规定要求。焊丝的选用主要按照下列原则：纯铝焊丝的纯度一般不低于母材，铝合金焊丝的化学成分一般与母材相应或相近，铝合金焊丝中的耐蚀元素的含量一般不低于母材。异种铝材焊接时应按耐蚀较高、强度高的母材选择焊丝。不要求耐蚀性的高强度铝合金可采用异种成分的焊丝，如铝硅合金焊丝SAlSi一1等(注意强度可能低于母材)。

针对5083母材的焊接，建议选择5087/AlMg4.5MnZr焊丝，因为该焊丝具有良好的抗裂性、抗气孔性和强度性能。在选择焊丝规格时，应优先选择大直径规格的焊丝。相同重量的焊丝，大规格焊丝的表面积要小很多，因此表面污染较少，氧化区域也较小，焊接质量更容易达到要求。对于母材厚度在8mm以下的，建议采用1.2mm直径的焊丝，对于8mm及以上的，则应采用1.6mm直径的焊丝。