鋁合金的焊接要求及檢測

孫友強

【摘? 要】隨著經濟社會的快速發展，軌道交通運輸能力不斷的提升，車體生產材料也從傳統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點。使其在高速列車和城市軌道交通車體應用上備受青睞。鋁及其合金化學活潑性很強，表面易形成氧化膜，具有難熔性質，焊接時容易造成不熔合現象;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，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;鋁合金的線脹系數大，導熱性又強，焊接時容易產生焊接變形。焊接缺陷的存在嚴重降低了焊接結構的承載能力也會影響車體結構的使用壽命，因此研究鋁合金焊接缺陷為獲得高強度焊接結構和優質焊接接頭質量，制定焊接工藝提供可靠依據。

【關鍵詞】鋁合金焊接質量;焊接缺陷;檢測探傷

引言：隨著焊接研究的不斷深入，自動化程度也越來越高，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量的一個瓶頸。重要連接焊縫需要進行射線探傷（RT）。優質的焊縫表面應圓滑過渡至母材，表面不得有裂紋、未熔合、夾渣、氣孔、焊瘤、咬邊等缺陷，焊縫內部同樣不允許有缺陷。通過對鋁合金缺陷的研究，進一步優化提高鋁合金的焊接性，更好的服務于生產、提高車體的使用壽命。

一、鋁合金焊接質量影響因素

1.1、焊接電源影響

焊接電源是焊接工藝執行過程中最重要的因素。若焊接電源自身性能不好，必然不會產生良好的焊件。如當焊機的引弧性能差，電弧燃燒不穩定，就不能保證工藝參數穩定，焊接過程就無法正常進行，焊接質量就得不到保證。

1.2、焊接工藝參數影響

1.2.1、焊接電流

焊接電流大小選擇恰當與否直接影響到焊接的最終質量。焊接電流過大，可以提高生產率，并使熔透深度增加，但易出現咬肉、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效率密切相關的主要參數。合理選擇焊接速度對保證焊接質量尤為重要。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，使高溫時間長，熱影響區寬度增加，焊接接頭的晶粒變粗，機械性能降低，焊件的變形量增大，同時焊速過慢還會使每層的厚度增大，導致熔渣倒流，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度是保證焊接縫質穩定的重要因素。電弧過長對熔化金屬保護差，空氣中的氧、氮等有害氣體容易侵入，使焊縫易產生氣孔，焊接金屬的機械性能降低。但弧長也不易過短，若弧長過短，就會引起粘連現象，且由于電弧對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、夾渣等缺陷的產生。

1.2.4、焊接層數選擇不當

焊接層數的選擇對焊縫質量也有一定的影響，每層厚度過大，對焊縫金屬的塑性有不利的影響，且焊接過程中產生未熔合等缺陷。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與否是影響焊縫質量的重要因素，如6005A主要選擇ER 5087或ER 5356，而鑄鋁件一般選擇ER 4043等搭配規律應該熟記。

1.3、焊工操作影響因素

在焊接生產過程中，焊工的焊接操作技術水平低，就意味著打底焊接的運槍方法、角度、接頭、中間層及蓋面層的運槍方法、接頭、收尾等操作方法掌握不熟練，這是造成焊縫質量差的重要原因之一。此外，焊前準備階段對工件上的油、銹、水分清理不嚴格，焊絲未檢查是否是干燥狀態及現場濕度是否超過60%等因素，都會造成焊縫產生大量的氣孔，從而使焊接縫質量達不到要求。

二、底架枕梁與牽引梁連接射線探傷焊縫的焊接

2.1.焊前準備按工藝文件要求對枕梁與牽引梁連接位置組對，對焊縫兩側50mm區域打磨，打磨前用酒精（丙酮）對坡口區域擦拭，防止機加油污對焊縫造成污染。準備風動工具：風動直磨機，風動旋轉銼，風動碗刷，風動銑刀。測溫儀，氧乙炔烤槍，良好性能的MIG焊機，純度99.99%Ar，或者混合氣（He-Ar-N2）作為焊接保護氣，焊接斷面微觀顯示氣孔單個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

氧乙炔預熱焊后，第一層打底焊接按WPS參數規范采用直線運條方法，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，也防止氣孔的產生。

第二層填充坡口采用直線停頓或小圈運條方法，可以對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。層間黑灰用風動碗刷去除防止層間未熔合。

第三層采用鋸齒運條手法，操作時注意觀察兩側電弧停留時間及填充量的把握。

第三次蓋面，采用停頓或畫圈運條手法。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，對焊縫做滲透探傷無缺陷進入下一步

2.4.探傷焊縫射線探傷（RT）

2.5缺陷的控制措施

2.5.1.氣孔的預防措施

（1）焊前認真清理焊件表面的油污、水份和氧化膜，并盡量在短時間內焊接。

（2）保證氣體純度和適當的流量，并且要有良好的保護效果。

（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。

（4）雙面焊接時，背面要清根后再焊接。

（5）焊縫的首尾端和斷弧處易出現氣孔，因此，要盡量采用引板起弧和熄弧。

2.5.2裂紋的預防措施

冶金因素方面，為了防止焊接時產生晶間熱裂紋，主要通過調整焊縫合金系統或向填加金屬中添加變質劑。調整焊縫合金系統的著眼點，從抗裂角度考慮，在于控制適量的易熔共晶并縮小結晶溫度區間。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”凝固溫度區間相對應，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的合金組元，以便能產生“愈合”作用。而作為變質劑向填加金屬中加入Ti、Zr、V 和 B 等微量元素，企圖通過細化晶粒來改善性，并達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。這種細小的難熔質點，可成為液體金屬凝固時的非自發凝固的晶核，從而可以產生細化晶粒作用。

在工藝因素上，主要是焊接規范、預熱、接頭形式和焊接順序，這些方法都是從焊接應力上著手來解決焊接裂紋。焊接工藝參數影響凝固過程的不平衡性和凝固的組織狀態，也影響凝固過程中的應變增長速度，因而影響裂紋的產生。熱能集中的焊接方法，有利于快速進行焊接過程，可防止形成方向性強的粗大柱狀晶，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變速度，而增大熱裂的傾向。可見，增大焊接速度和焊接電流，都促使增大裂紋傾向。在鋁結構裝配、施焊時不使焊縫承受很大的鋼性，在工藝上可采取分段焊、預熱或適當降低焊接速度等措施。通過預熱，可以使得試件相對膨脹量較小，產生焊接應力相應降低，減小了在脆性溫度區間的應力;盡量采用開坡口和留小間隙的對接焊，并避免采用十字形接頭及不適當的定位、焊接順序;焊接結束或中斷時，應及時填滿弧坑，然后再移去熱源，否則易引起弧坑裂紋。

三、結論

根據焊工的工作經驗和工藝的指導，焊接的缺陷是相對容易控制的，隨著對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會有更大的突破。更好的服務于焊接生產。

參考文獻：

[1]《鋁合金車體焊接工藝》（2010年）機械工程出版社 王炎金 著

[2]《焊接冶金與焊接性》（2008年）機械工業出版社 劉會杰 著