焊接間隙對鋁合金MIG焊組織性能的影響

周丹桐，孟祥志，曹 健，楊振東，孟凡嬌

(遼寧忠旺集團有限公司， 遼寧 遼陽 111003)

鋁合金作為近年來迅速崛起的工程金屬材料，由于其密度低、比強度及比剛度高、具有較好耐蝕性等一系列優點，在航空航天、汽車、艦船等領域得到了廣泛應用[1]。在鋁合金加工過程中，鋁合金焊接是極其重要的一個加工環節。隨著鋁合金在越來越多行業的應用，鋁合金焊接問題也吸引著越來越多學者的關注。鋁及鋁合金焊接方法較多，主要有非熔化極惰性氣體保護TIG、熔化極氣體保護焊MIG、穿孔變極性等離子焊接、真空電子束和激光以及攪拌摩擦焊等，目前應用較多的仍然是交流TIG和MIG兩種方法[2]。通過對鋁合金焊接技術文獻查閱可知，鋁合金焊接還存在很多問題，較比發達國家還有一定的差距，技術成熟度很難達到國際先進水平。

本文主要選取6063鋁合金擠壓板材，采用熔化極惰性氣體保護焊MIG進行對接工藝驗證試驗，通過焊接接頭宏觀形貌觀察、X射線形貌觀察、金相顯微組織觀察和性能分析，了解不同焊接間隙對焊接性能的影響，獲得熔化極惰性氣體保護焊MIG對母材間隙的要求。

1 實驗材料及焊接試樣制備

1.1 試樣選取

本次試驗選取6063鋁合金擠壓板材，尺寸規格為200mm×100mm×3mm，其化學成分見表1，力學性能見表2。

表1 化學成分 (質量分數，%)

表2 力學性能

1.2 焊接試樣制備

(1)對鋁合金焊接表面進行機械清理(砂輪打磨)去除鋁合金表面氧化膜。

(2)將鋁合金板材進行對接裝配，間隙分別為0.5mm、1.0mm、1.5mm進行點焊固定，編號依次為M0.5、M1.0、M1.5，然后對焊點有污染的部位機械清理。

(3)填充焊絲選用ER5356，直徑1.2mm，通過MIG焊接設備進行焊接；相關工藝參數為，焊接電流180A，焊接電壓21V，焊接速度600mm/min，保護氣體Ar(99.99%)，氣體流量20L/min。

(4)對焊接表面進行清理打磨，檢查表面的熔合情況。

2 試驗結果及分析

2.1 焊接接頭宏觀及X射線形貌

從圖1可以看出，試樣的焊縫形狀規則均勻，余高較低，試樣表面均無夾渣、未熔合、未焊透等缺陷。從圖2可以看出，試樣表面均無氣孔。說明采用此焊接試驗參數焊接0.5mm、1.0mm、1.5mm間隙板材焊縫成型性良好。

圖1 接頭宏觀形貌

圖2 接頭X射線形貌

2.2 焊接接頭金相組織

焊接接頭主要是由焊縫和熱影區兩大部分組成。從圖3可以看出，焊縫及焊縫附近區域無熱裂紋。從圖4可以看出，試樣的熱影響區晶粒粗大，因為在焊接過程中，受焊接高溫影響，熱影響區顯微組織中的強化相會發生脫溶反應，逐漸析出且聚集在一起，使強化效果消失，形成“過時效”軟化[3]，晶粒生長速度加快，產生粗大晶粒。

圖3 接頭顯微組織形貌

圖4 接頭熱影響區和熔合線顯微組織形貌

從圖5可以看出，試樣焊縫區顯微組織、析出相分布均勻，說明ER5356焊絲焊縫的晶粒組織細小，析出相分布均勻。

圖5 接頭焊縫區顯微組織形貌

2.3 焊接接頭性能

從表4可以看出，試樣的力學性能均能滿足母材強度的70%以上，150°彎曲試驗焊接接頭無裂紋產生。從圖6可以看出，接頭在拉伸試驗進行過程中大多在距離熔合線6mm左右處斷裂，斷裂處正是焊接接頭熱影響區，由于熱影響區顯微組織晶粒粗大，晶界面少，晶粒與晶粒中間犬牙交錯的機會就越少，有利于裂紋的傳播和發展，使其力學性能下降。

表4 焊接接頭性能

圖6 拉伸試樣

3 結論

適當工藝參數下，MIG焊接0.5mm、1.0mm、1.5mm間隙板材表面焊縫形狀規則均勻，無夾渣、未熔合、未焊透等缺陷，性能良好，說明在1.5mm內MIG焊接焊縫成型性良好，間隙過大會產生鋁合金焊接變形和過大的應力集中，使其強度發生明顯下降。