船用5083鋁合金的MIG焊接工藝研究及缺陷預(yù)防

【摘要】介紹了5083鋁合金的性能、化學(xué)成分，及應(yīng)用范圍，介紹了5083 MIG焊接焊接工藝參數(shù)、焊絲的化學(xué)成分、坡口形式和焊接試件的性能檢測(cè)結(jié)果，焊接夾具的結(jié)構(gòu)。分析了焊接時(shí)會(huì)出現(xiàn)某些缺陷，如打底層的焊縫成形較差，焊件的變形及背面金屬氧化，在焊縫端部出現(xiàn)凹坑及過(guò)燒等現(xiàn)象。通過(guò)利用焊接夾具來(lái)控制焊接變形，在工件背面涂覆活性劑來(lái)保護(hù)焊縫防止氧化，合理控制焊縫層間溫度等措施，可以提高焊接質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】鋁合金焊接；MIG焊；工藝參數(shù)；控制變形

我們承接的202搜救船項(xiàng)目，由于對(duì)船舶航速要求較高，所以要求盡量減輕船體重量，由于鋁合金相對(duì)于鋼鐵材料密度小、硬度低、易加工、抗腐蝕能力強(qiáng)，并且具有很好的工藝成形性和良好的焊接性，同比相同厚度的鋼鐵材料重量輕，因此在設(shè)計(jì)中船舶的上層建筑采用了鋁合金結(jié)構(gòu)，主體材料選用，船用鋁合金5083-H321（H321指材料的交貨狀態(tài)為軋制后加工硬化穩(wěn)定化處理至低于H32的硬度），材料屈服強(qiáng)度要求215Mpa，抗拉強(qiáng)度275Mpa，為提高焊接效率上層建筑主體采用了MIG焊焊接工藝，MIG焊是鋁合金焊接的主要方法之一，本文主要針對(duì)氣體保護(hù)焊過(guò)程中焊件易出現(xiàn)的缺陷，研究了熔化極氣體保護(hù)焊5083鋁合金的工藝方法及缺陷預(yù)防措施。

1、選用試驗(yàn)材料與焊接方法

1.1焊接材料

焊接所采用的母材為上層建筑所用材料牌號(hào)為：5083-H321鋁合金，厚度6mm；焊絲所用的材料為INDALCOALLOYS IA5183 φ1.2mm鋁合金焊絲。

1.2焊前準(zhǔn)備

1.2.1坡口加工

所用的焊接材料為5083-H321鋁合金，厚度6 mm，由于板比較薄選用 坡口為V型，單邊27.5°。

1.2.2焊前清理

首先，工件清理，坡口兩側(cè)不小于50mm范圍及坡口內(nèi)部（如果加裝加強(qiáng)板，加強(qiáng)板也應(yīng)清理）的表面應(yīng)用機(jī)械法清理至露出金屬光澤并用丙酮等有機(jī)溶液除去表面油污；焊絲清理，由于所用焊絲比較細(xì)（φ1.2mm）如果表面有氧化膜或油污，可用化學(xué)法除去焊絲表面氧化膜及油污，本次試驗(yàn)采用的焊絲是真空包裝，且第一次打開(kāi)，經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)焊絲符合使用要求便直接使用了；由于鋁合金氧化快，本次試驗(yàn)在工件清理后的及時(shí)完成了施焊。

1.2.3加強(qiáng)板安裝

由于鋁合金在MIG焊時(shí)熱輸入較TIG焊時(shí)大，金屬熔化量大，熔敷金屬流動(dòng)性好，且鋁合金散熱快，易引起熔池塌陷，坡口底部焊縫應(yīng)加裝表面加出半圓弧槽的加強(qiáng)板，。

1.3焊接參數(shù)及設(shè)備

焊接設(shè)備采用林肯公司生產(chǎn)的數(shù)字焊機(jī)，型號(hào)為Invertec CV 500，焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

2、焊后質(zhì)量性能分析

2.1相關(guān)焊后性能檢測(cè)

焊接結(jié)束后對(duì)工件的分別從焊縫表面，焊縫成形是否均勻，有沒(méi)有沒(méi)有出現(xiàn)咬邊、氣孔、表面裂紋等表面缺陷進(jìn)行外觀成型檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)正面焊縫成型良好，又對(duì)焊縫的背面進(jìn)行了同樣的檢測(cè)觀察，背面焊縫除了表面金屬有輕微氧化外外觀現(xiàn)象成型良好，總體看除了出現(xiàn)較小的變形外整個(gè)試件外觀合格；焊后對(duì)試件進(jìn)行了射線（RT）和著色（PT）探傷均未發(fā)現(xiàn)缺陷；焊后在沈陽(yáng)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)院對(duì)試件進(jìn)行了機(jī)械性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

2.2結(jié)果分析

采用MIG焊接鋁合金，焊縫成形較好，沒(méi)有出現(xiàn)氣孔、咬邊和裂紋等缺陷，焊縫金屬熔合較好。由于鋁合金熱導(dǎo)率高，氧化物的熔點(diǎn)較高，而鋁合金的熔點(diǎn)較低（約為650℃），焊接時(shí)應(yīng)及時(shí)清理氧化層，焊接完成后氣體持續(xù)對(duì)工件進(jìn)行保護(hù)，防止高溫氧化，只要措施得當(dāng)MIG焊接生產(chǎn)率高，焊接質(zhì)量也能夠得到保證。

3、如何防止鋁合金焊接缺陷

3.1焊接缺陷產(chǎn)生原因分析

鋁合金焊接過(guò)程出現(xiàn)，如根部焊接時(shí)部分金屬被氧化，表面出現(xiàn)塌陷凹坑，焊縫成形不好，工件變形，焊縫末端燒瘤及凹坑等缺陷。這都是因?yàn)殇X合金材料具有熔點(diǎn)低（650℃）、易氧化、導(dǎo)熱快，這些特點(diǎn)造成的，只有了解了這些特點(diǎn)，并采取相應(yīng)措施才能最大限度避免缺陷產(chǎn)生。

3.2減少焊接缺陷的措施

可以用適當(dāng)調(diào)整焊接工藝，加強(qiáng)保護(hù)措施，增加焊接夾具等來(lái)提高焊接質(zhì)量，避免缺陷的產(chǎn)生。

（1）調(diào)整焊接方法及工藝。為了提高根部焊接質(zhì)量，根部可以采取TIG進(jìn)行焊接，（焊接工藝參數(shù)為：選用交流電源，焊接電流55A，氣體流量為15L/min，鎢極的直徑為2.0mm，焊絲直徑2.0mm）來(lái)避免使用MIG焊接坡口根部時(shí)，容易造成金屬氧化、焊縫成型不均、焊縫表面塌陷等現(xiàn)象，為保證焊縫背面成型防止金屬氧化，可以在焊縫背面涂覆焊劑。

（2）采取防變形措施。為防止鋁合金在焊接時(shí)產(chǎn)生的焊接變形，也可利用具有變形約束功能的焊接工裝來(lái)對(duì)工件進(jìn)行限制，待工件焊接完成冷卻后再取下工裝。

4、結(jié)論

MIG焊接5083鋁合金，較TIG焊有更高的效率，要取得較好焊縫質(zhì)量，和美觀外觀，必須采用合理的焊接工藝參數(shù)。在進(jìn)行焊縫根部焊接時(shí)，如果焊縫背面不采取保護(hù)措施，金屬表面的氧化就較嚴(yán)重，焊縫成形就較差，所以焊縫背面必須采取相應(yīng)的保護(hù)措施，本次試驗(yàn)在工件的背面涂覆焊劑，加強(qiáng)對(duì)工件的背面保護(hù)，效果很好。由于鋁合金板的收縮較大，反變形較大難以控制，在板-板對(duì)接平焊時(shí)，要采取合理的焊接反變形角度。如果要進(jìn)一步防止變形提高焊接質(zhì)量，可采用專用焊接工裝來(lái)防止工件的變形。

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作者簡(jiǎn)介

高廣?。?974-），男，漢族，河北衡水人，畢業(yè)于西安石油大學(xué)焊接工藝及設(shè)備專業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事海洋工程及鋼結(jié)構(gòu)焊接設(shè)計(jì)工作。