鋁合金焊接常見缺陷的產(chǎn)生原因及質(zhì)量控制措施

張可可

（廣東南車軌道交通車輛有限公司，廣東江門529100）

?

鋁合金焊接常見缺陷的產(chǎn)生原因及質(zhì)量控制措施

張可可

（廣東南車軌道交通車輛有限公司，廣東江門529100）

摘要：鋁合金材料在現(xiàn)代裝備制造業(yè)中應(yīng)用廣泛，廣東南車軌道交通車輛有限公司的代表產(chǎn)品CRH6型城際動車組的車體材料就是采用了鋁合金。鋁合金材料的可焊性較差，焊接過程中會出現(xiàn)很多缺陷，主要是氣孔和裂紋較多。分析了鋁合金焊接過程中造成氣孔和裂紋的因素，提出減少氣孔和裂紋的質(zhì)量控制措施。

關(guān)鍵詞：鋁合金；焊縫；缺陷；措施

0　前言

作為高速動車組制造的關(guān)鍵材料，鋁合金焊接品質(zhì)是決定高速列車長期安全運行的基礎(chǔ)，對于提高高速列車的運行壽命具有重要意義［1］。通過對十列動車組的車體焊縫實際的無損檢測結(jié)果抽樣統(tǒng)計，利用排列圖法（圖1）進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)氣孔和裂紋是發(fā)生頻率最高的缺陷，可以將氣孔和裂紋歸類為A類問題，即主要質(zhì)量問題，須進(jìn)行重點管理。

圖1　排列圖法

1　氣孔產(chǎn)生的原因及質(zhì)量控制措施

在焊接過程中，熔池中的氣體未在金屬凝固前逸出，殘存于焊縫中的空穴被稱為氣孔。氣孔是比較多見的焊接缺陷，在焊縫的各個位置都可能發(fā)現(xiàn)氣孔。通過圖2，我們可以比較直觀地認(rèn)識氣孔。

鋁合金焊接時生成氣孔的氣體主要是氫氣，氫氣主要來自電弧周圍的空氣，母材和焊絲表面的雜質(zhì)，如油污，水分等的分解燃燒。

圖2　氣孔

1.1氣孔的危害

氣孔是鋁合金焊接時最容易出現(xiàn)的一種體積型缺陷，氣孔的存在減少了焊縫的受力截面，有些針形氣孔會使焊縫疏松，從而降低了接頭的強(qiáng)度，還有就是降低了焊縫的力學(xué)性能。同時氣孔也是引起應(yīng)力集中的因素。

1.2產(chǎn)生的原因

導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生的因素很多，通過對車體焊縫的無損檢測和相關(guān)的焊接技術(shù)的統(tǒng)計分析，總結(jié)了以下幾點影響因素：

（1）保護(hù)氣體輸送中斷以及不能覆蓋施焊區(qū)域。

（2）焊接過程中車間大門及周圍窗戶打開，使室內(nèi)空氣流動加快，導(dǎo)致氣體保護(hù)效果不良。

（3）焊接線能量過小，焊接工作區(qū)域濕度太大。

（4）焊前準(zhǔn)備工作不細(xì)致，焊件及焊絲被污染，殘留一些雜質(zhì)。

（5）電弧電壓過高或運絲速度太快，焊件距離太大。

1.4質(zhì)量控制措施

（1）提高焊工的操作技能，定期檢查送氣管路，防止焊接過程中保護(hù)氣體輸送中斷。

（2）焊絲烘干，焊前要清楚焊接部位的氧化膜、污物、水分等影響焊接質(zhì)量的雜質(zhì)。

（3）依據(jù)焊接工藝規(guī)程，采用合適的焊接電壓及電流，適當(dāng)?shù)臄[動焊槍。

（4）焊工需要在焊接完成后，保持焊槍在熔池上方停留并持續(xù)送氣，待熔池凝固后移開焊槍。

（5）對于較厚的工件，進(jìn)行焊前預(yù)熱是一個很有效的方法，能夠最大限度的在焊接時讓氣孔逸出。

1.5氣孔的去除及修補(bǔ)

氣孔的修補(bǔ)應(yīng)根據(jù)圖紙、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、工藝文件規(guī)定的級別判斷是否超標(biāo)，超標(biāo)的，要打磨去掉。對于超標(biāo)嚴(yán)重的氣孔，應(yīng)挖開完全去除后進(jìn)行補(bǔ)焊。打磨去掉缺陷時應(yīng)注意打磨的深度，切勿為追求缺陷的消除而造成打磨過度，補(bǔ)焊時非無損檢測人員不要自行進(jìn)行滲透探傷，以防止操作方法不當(dāng)引起缺陷開口堵塞，降低缺陷檢出率，造成質(zhì)量隱患。

2　裂紋產(chǎn)生的原因及質(zhì)量控制措施

裂紋顧名思義也就是焊縫上裂開的紋路，金屬原子的結(jié)合被破壞，形成新的界面而產(chǎn)生的縫隙。裂紋主要是由焊接應(yīng)力及其他的一些容易導(dǎo)致裂開的因素引起的。多數(shù)裂紋相對比較細(xì)小，很多時候肉眼觀察不到，需要借助一定的檢測方法讓裂紋顯現(xiàn)出來。裂紋示意圖見圖3。

圖3　裂紋示意圖

2.2裂紋的危害

裂紋存在于焊縫的表面及內(nèi)部，也存在于熱影響區(qū)上。裂紋是一種面積型缺陷，危害極大，它極大的減少焊縫的承載截面積，裂紋處會形成應(yīng)力高度集中，引起車體結(jié)構(gòu)的破壞，會造成很大的安全隱患。

2.3裂紋產(chǎn)生的原因

（1）焊縫相對集中，焊接時應(yīng)力集中導(dǎo)致裂紋。

（2）焊接時弧坑沒有填滿或者焊縫冷卻速度快而產(chǎn)生的弧坑裂紋。

（3）焊接次序不合理，內(nèi)應(yīng)力過大導(dǎo)致裂紋；焊接線能量過大。

（4）一些難以施焊位置焊后打磨處理不良，形成應(yīng)力集中導(dǎo)致裂紋。

（5）同一位置多次補(bǔ)焊，也會導(dǎo)致熱裂紋。

2.4質(zhì)量控制措施

（1）合理設(shè)計焊縫結(jié)構(gòu)，降低剛性，焊縫盡量不設(shè)計在應(yīng)力集中處。

（2）利用衰減控制降低冷卻速度，適當(dāng)?shù)奶畛浠】?，采用引弧板將起弧、收弧點擴(kuò)大到焊縫外部。

（3）合理選擇焊接次序，控制層間溫度，必要時要進(jìn)行預(yù)熱，焊后用木錘敲擊焊縫及周圍區(qū)域以釋放應(yīng)力。

（4）焊縫最多允許修補(bǔ)兩次，多次修補(bǔ)造成補(bǔ)焊區(qū)不均勻加熱較為嚴(yán)重，導(dǎo)致補(bǔ)焊區(qū)的力學(xué)性能較非補(bǔ)焊區(qū)差別較大，影響補(bǔ)焊區(qū)的使用性能。

（5）補(bǔ)焊結(jié)束后，應(yīng)等到自然冷卻至50°以下，再噴涂滲透劑，否則易造成補(bǔ)焊區(qū)產(chǎn)生冷卻裂紋。對于裂紋的修補(bǔ)，要徹底把缺陷清除掉以后，按照工藝文件的要求進(jìn)行補(bǔ)焊。

3　結(jié)束語

鋁合金焊接產(chǎn)生的缺陷是由很多復(fù)雜的因素共同作用的結(jié)果，所以在焊接時要對焊接的每一個環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量控制。從焊前的清理、焊接工藝的選擇、焊接工藝紀(jì)律的執(zhí)行以及對焊接操作人員的質(zhì)量意識教育等多個方面，都是控制焊接缺陷產(chǎn)生的有效措施。

參考文獻(xiàn)：

［1］楊尚磊，孟立春，呂任遠(yuǎn)，等.高速車輛用A6N01鋁合金的脈沖MIG焊［J］.焊接，2008（9）：33-35.

［2］周萬勝，姚君山.鋁及鋁合金的焊接［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［3］黃旺福，黃金剛.鋁及鋁合金焊接指南［M］.長沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2004.

作者簡介：張可可（1983-），男，工程師，大專，從事焊接及無損檢測工作。