鋁合金前處理狀態對焊接接頭性能的影響

周濱濤

【摘 要】在不同的表面狀態下焊接5052-H32鋁合金，對焊接接頭的拉伸、彎曲試樣進行測試，觀察對比其斷口形貌。試驗結果表明，清潔的試板在電弧陰極清理的作用下，氧化膜并未對焊縫質量產生顯著的影響;鋁合金表面存在油污和水漬會使焊縫表面狀態變差，出現焊縫下塌、發黑、斷弧、燒穿等缺陷，焊縫內部存在明顯的氣孔、夾渣等缺陷。

【關鍵詞】鋁合金焊接;氧化膜;力學性能

【中圖分類號】TG453.9;TG166.3【文獻標識碼】A【文章編號】1674-0688（2019）08-0124-02

0 前言

鋁合金材料具有高的強度比、模量比、耐腐蝕、易加工成型等特點，因此在汽車、軌道交通等領域得到廣泛的應用。但是，鋁合金的化學性質活潑，表面極易形成氧化膜，焊接時氧化膜會妨礙母材熔合，易造成夾渣、未融合等缺陷，氧化膜還會吸收水分使焊縫出現氣孔。為避免這種影響，通常采用機械打磨去除氧化膜，但這道工序會在一定程度上降低生產效率，增加成本[1-4]。

本文結合實際情況，對鋁合金MIG焊焊前打磨、打磨不徹底、未打磨、存在油和水這些情況的焊接接頭拉伸、彎曲力學性能和斷口形貌進行對比，分析表面狀態對焊接質量的實際影響，為后續鋁合金焊接實際生產過程中合理地節約成本提供了一定的理論依據。

1 試驗材料和方法

試驗所用母材為5052-H32鋁合金，板厚為3 mm，焊材為直徑1.2 mm的ER5356鋁合金焊絲。

采用MIG焊焊接表面干凈但分別處于完全打磨、打磨不徹底和未打磨3種表面狀態的試板，單面焊雙面成形。對比在正常沒有油污水漬狀態下的試樣接頭的力學性能。

分別進行焊接接頭的室溫拉伸、彎曲試驗。每塊焊接試板上制備2個拉伸試樣、4個彎曲試樣。室溫拉伸和彎曲試驗分別按《焊接接頭拉伸試驗方法》（GB/T 2651）和《焊接接頭彎曲試驗方法》（GB/T 2653）進行。試驗合格門檻值：拉伸試樣抗拉強度≥150 MPa;彎曲試樣用20 mm直徑壓頭壓彎90°，試樣不應在任何方向出現大于3 mm的裂紋，邊角出現的缺陷可以忽略。

2 試驗結果

焊前完全打磨、不完全打磨和未打磨3種工藝行為拉伸實驗結果見表1。3種工藝行為焊接接頭抗拉強度值均合格，斷裂位置均在熱影響區，因為熱影響區屬于焊接近縫區母材，只是受到了焊接的熱影響，未參與熔化、凝固等過程，其強度一般只是跟焊接過程的線能量、峰值溫度和冷卻速度等焊接的熱影響有關，在控制好線能量、峰值溫度和冷卻速度的情況下，3種狀態的試件熱影響區強度都大于150 MPa。

由于3種不同打磨狀態的工藝行為只會影響到接頭中焊縫的質量，斷裂位置不再焊縫，所以可以推斷焊縫強度性能要高于熱影響區。

焊前完全打磨、不完全打磨和未打磨3種工藝行為彎曲實驗結果如圖1所示。結果表明，各組試驗件正彎和背彎在規定的彎曲條件下均未出現>3 mm的裂紋。

3 試驗分析

焊接電流種類可分為直流正接、直流反接。流正接為工件接正極，工件接收電子，吸收大量來自負極的逸出功，電弧集中，熔深大。直流反接為工件接負極，雖然直流反接狀態下工件獲得的能量沒有直流正接大，焊接效率低，熔淺，但直流反接有直流正接不具備的優點，即陰極清理作用。在直流反接的情況下，此時工件受到質量很大的氬正離子的高速撞擊，鋁表面形成的氧化膜被擊碎吹走，有陰極清理即“清潔”作用（如圖2所示）。鋁合金MIG焊就是帶有這種“清潔”作用的鋁合金焊接方法，所以才會得出無論是否清理鋁合金表面，都不會對接頭性能產生明顯影響的實驗結果。

4 油污、水漬對鋁合金焊接的影響

在焊接試板之前，將一組試板的整個表面涂抹機油，另一組試板涂抹清水，由于鋁合金表面比較光滑，清水涂鋁板會在表面張力的作用下聚集成水珠，所以最后采用肥皂水涂抹。兩種狀態的試板焊后試樣拉伸性能見表2。

涂油、涂水的焊縫外觀發黑，表面有明顯的熔渣，斷弧情況嚴重，整個焊縫焊接過程中多次發生斷弧和穿孔（如圖3所示）。拉伸試驗其斷裂位置基本處于焊縫，其抗拉強度基本都達不到接頭的強度最低要求;彎曲試驗件基本都斷裂失效，且斷口所在位置內部存在明顯的氣孔、未熔合等缺陷（如圖4所示）。顯然，MIG焊的陰極清理作用對焊接區域的油污和水已經沒有效果。

5 結論

（1）焊前清潔的試板，打磨狀態不會對焊縫的力學性能有顯著的影響。

（2）因為焊接電弧的陰極清理作用，所以清潔的鋁合金焊前氧化膜不進行清理也能得到理想的接頭。

（3）試板表面存在油污水漬會使焊縫出現大量的焊接缺陷，導致焊縫力學性能下降。

參 考 文 獻

[1]唐海鷹，程石來.鋁合金打磨與不打磨工藝接頭性能的對比研究[J].焊接生產應用，2013（8）：51-54.

[2]余忠貴.鋁合金交流氬弧焊陰極清理及焊縫成形研究[D].上海：上海交通大學，2012.

[3]唐元生，嵇彬.鋁合金管道焊接氣孔產生原因分析及克服措施[J].石油石化，2014（4）：36-38.

[4]李會，郭繼祥.鋁合金MIG焊常見焊接缺陷分析及預防措施[J].電焊機，2013（4）：72-76.

[責任編輯：陳澤琦]