鋁合金前處理狀態(tài)對焊接接頭性能的影響

周濱濤

【摘 要】在不同的表面狀態(tài)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(jié)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(zhì)量產(chǎn)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(tài)變差，出現(xiàn)焊縫下塌、發(fā)黑、斷弧、燒穿等缺陷，焊縫內(nèi)部存在明顯的氣孔、夾渣等缺陷。

【關(guān)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(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是，鋁合金的化學性質(zhì)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(xiàn)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(chǎn)效率，增加成本[1-4]。

本文結(jié)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(tài)對焊接質(zhì)量的實際影響，為后續(xù)鋁合金焊接實際生產(chǎn)過程中合理地節(jié)約成本提供了一定的理論依據(jù)。

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(tài)的試板，單面焊雙面成形。對比在正常沒有油污水漬狀態(tài)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(yīng)在任何方向出現(xiàn)大于3 mm的裂紋，邊角出現(xiàn)的缺陷可以忽略。

2 試驗結(jié)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(jié)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(qū)，因為熱影響區(qū)屬于焊接近縫區(qū)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(guān)，在控制好線能量、峰值溫度和冷卻速度的情況下，3種狀態(tài)的試件熱影響區(qū)強度都大于150 MPa。

由于3種不同打磨狀態(tài)的工藝行為只會影響到接頭中焊縫的質(zhì)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(qū)。

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(jié)果如圖1所示。結(jié)果表明，各組試驗件正彎和背彎在規(guī)定的彎曲條件下均未出現(xiàn)>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(tài)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(yōu)點，即陰極清理作用。在直流反接的情況下，此時工件受到質(zhì)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(chǎn)生明顯影響的實驗結(jié)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(tài)的試板焊后試樣拉伸性能見表2。

涂油、涂水的焊縫外觀發(fā)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(fā)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(nèi)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(qū)域的油污和水已經(jīng)沒有效果。

5 結(jié)論

（1）焊前清潔的試板，打磨狀態(tài)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(xiàn)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(chǎn)應(yīng)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(chǎn)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(yù)防措施[J].電焊機，2013（4）：72-76.

[責任編輯：陳澤琦]