不同純度的氬氣對焊接質量的影響

王成文 汪長松 黃紹服 李盛良

①奇瑞新能源汽車股份有限公司 ②安徽理工大學機械工程學院

合理的氬氣純度可以提高焊接質量。本文研究在同等條件下，純度為99.99%、99.995%、99.999%的氬氣對焊接質量的影響程度，對在給定工藝參數下，用3mm厚6082鋁合金薄板進行脈沖MIG焊接試驗，焊接試驗完成后，分別用X-Ray檢測儀、游標卡尺、精密焊縫尺、萬能試驗機對成形后的焊縫進行表征。結果表明：在相同條件下，在純度為99.99%、99.995%、99.999%氬氣保護下的焊出的焊縫外觀和焊縫內部氣孔生成情況無明顯差異，且99.99%氬氣焊縫熔寬和余高最小；純度為99.99%、99.995%、99.999%的氬氣保護下的焊縫抗拉強度約為219MPa、192.5MPa和217MPa，約為母材抗拉強度的67%、59%和66%；三種氬氣純度均能滿足焊接質量要求。

氬氣是一種稀有氣體，在日常生活也是很常見的氣體，其在空氣中所占氣體成份的比例為0.93%。由于氬氣具有獨特優良的特點，人們開始意識到其作用，并在焊接、切割、照明等領域開始廣泛應用。從世界的角度來看，氬氣被大量應用是從20世紀70年代開始。例如美國和日本1980年氫氣產量分別22586萬m3和8142萬m3。我國在20世紀70年代氫氣產量很少，到1983年也達到1613萬m3，近年來增長更迅速，其提取技術不斷得到完善和提高[1]。氬氣有很多用途，其中一種用途就是用氬氣作為保護氣來生產加工。在金屬材料激光切割中，需要用氬氣作保護氣，且不同氬氣純度會影響切割質量，所以良好的氬氣純度可保證切割金屬質量。在金屬焊接時，氬氣由噴咀出來可防止焊接部位被空氣氧化或氮化，采用氬氣作保護氣，可使焊縫整齊美觀,焊接產生的變形小，氣孔數目也比較少，焊道平緩，焊縫沖擊韌性高，焊接飛濺小[2-5]，且純度稍高的氬氣具有良好的焊接規范和焊縫成行，在大型構件的焊接中被廣泛采用。

本文以不同純度的氬氣為研究對象，通過改變氬氣的純度來焊接6082鋁合金，分析不同純度的氬氣對焊接質量的影響。

1 試驗方法及過程

試驗采用基體材料為Al-Mg-Si系的6082鋁合金，板厚3mm。其力學性能為：抗拉強度Rm=320MPa，伸長率A=20.8%；焊接填充材料為5356鋁合金焊絲，直徑為Φ1.2mm，保護氣體為純度99.99%的氬氣。6082鋁合金和5356焊絲的化學成分見表1。

表1 6082鋁合金母材和5356焊絲化學成分（質量分數）（%）

試驗采用松下公司的工業機器人焊機，焊接過程采用平焊的焊接姿勢，干伸長度15mm；焊接前先用不銹鋼絲球清除坡口氧化膜，焊接工藝參數如表2所示。

表2 6082（3mm）MIG焊焊接工藝規范

焊后分別用X-Ray檢測儀、游標卡尺、精密焊縫尺、萬能試驗機進行檢測，在進行萬能試驗機前，需要對板材進行線切割，為了使各種材料機械性質的數值能互相比較，避免試件的尺寸和形狀對試驗結果的影響，對試件的尺寸形狀作了統一規定，如圖1所示。

圖1

2 結果及分析

按照不同純度的氬氣對6082鋁合金進行焊接，采用機械手自動化焊接，得到了相應的焊縫，如圖2所示。

圖2 幾種焊接試樣

以上四條焊縫比較規則，且焊接焊縫成形均勻美觀。對成形焊縫進行X射線無損探傷檢測，檢測結果如圖3所示。觀察焊縫中氣孔生成情況，并測量氣孔直徑。中可見焊縫內無密集氣泡且氣孔個數明顯低于20個；最大氣孔直徑僅為2.0mm。

圖3 幾種氣孔檢測

每道焊縫取三處，分別用游標卡尺和精密焊縫尺測量熔寬和余高，并取平均值。如圖4所示。

外觀檢測后，通過線切割進行切割，然后進行拉伸，以下是三種拉伸后的力學性能，三種焊接模板的抗拉強度均值波動不大，且拉斷的最大力都在17kN以下，強度系數滿足焊接基本要求，如圖5所示。

圖4 焊縫外側檢測

圖5 焊縫力學性能

3 結論

（1）在相同條件下，在純度為99.99%、99.995%、99.999%氬氣保護下的焊出的焊縫外觀無明顯差異。

（2）三種焊縫內部氣孔生成情況無明顯差異。

（3）三種焊縫平均熔寬分別為6.7mm、6.8mm、7.0mm，平均余高為1.6mm、1.8mm、1.9mm，99.99%氬氣焊縫熔寬和余高最小。

（4）純度為99.99%、99.995%、99.999%的氬氣保護下的焊縫抗拉強度約為219MPa、192.5MPa和217MPa，約為母材抗拉強度的67%、59%和66%。