焊接間隙對(duì)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(tuán)有限公司， 遼寧 遼陽(yáng) 111003)

鋁合金作為近年來(lái)迅速崛起的工程金屬材料，由于其密度低、比強(qiáng)度及比剛度高、具有較好耐蝕性等一系列優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、汽車、艦船等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1]。在鋁合金加工過(guò)程中，鋁合金焊接是極其重要的一個(gè)加工環(huán)節(jié)。隨著鋁合金在越來(lái)越多行業(yè)的應(yīng)用，鋁合金焊接問(wèn)題也吸引著越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)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(hù)TIG、熔化極氣體保護(hù)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(yīng)用較多的仍然是交流TIG和MIG兩種方法[2]。通過(guò)對(duì)鋁合金焊接技術(shù)文獻(xiàn)查閱可知，鋁合金焊接還存在很多問(wèn)題，較比發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距，技術(shù)成熟度很難達(dá)到國(guó)際先進(jìn)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(hù)焊MIG進(jìn)行對(duì)接工藝驗(yàn)證試驗(yàn)，通過(guò)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(duì)焊接性能的影響，獲得熔化極惰性氣體保護(hù)焊MIG對(duì)母材間隙的要求。

1 實(shí)驗(yàn)材料及焊接試樣制備

1.1 試樣選取

本次試驗(yàn)選取6063鋁合金擠壓板材，尺寸規(guī)格為200mm×100mm×3mm，其化學(xué)成分見(jiàn)表1，力學(xué)性能見(jiàn)表2。

表1 化學(xué)成分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表2 力學(xué)性能

1.2 焊接試樣制備

(1)對(duì)鋁合金焊接表面進(jìn)行機(jī)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(jìn)行對(duì)接裝配，間隙分別為0.5mm、1.0mm、1.5mm進(jìn)行點(diǎn)焊固定，編號(hào)依次為M0.5、M1.0、M1.5，然后對(duì)焊點(diǎn)有污染的部位機(jī)械清理。

(3)填充焊絲選用ER5356，直徑1.2mm，通過(guò)MIG焊接設(shè)備進(jìn)行焊接；相關(guān)工藝參數(shù)為，焊接電流180A，焊接電壓21V，焊接速度600mm/min，保護(hù)氣體Ar(99.99%)，氣體流量20L/min。

(4)對(duì)焊接表面進(jìn)行清理打磨，檢查表面的熔合情況。

2 試驗(yàn)結(jié)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(guī)則均勻，余高較低，試樣表面均無(wú)夾渣、未熔合、未焊透等缺陷。從圖2可以看出，試樣表面均無(wú)氣孔。說(shuō)明采用此焊接試驗(yàn)參數(shù)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(qū)兩大部分組成。從圖3可以看出，焊縫及焊縫附近區(qū)域無(wú)熱裂紋。從圖4可以看出，試樣的熱影響區(qū)晶粒粗大，因?yàn)樵诤附舆^(guò)程中，受焊接高溫影響，熱影響區(qū)顯微組織中的強(qiáng)化相會(huì)發(fā)生脫溶反應(yīng)，逐漸析出且聚集在一起，使強(qiáng)化效果消失，形成“過(guò)時(shí)效”軟化[3]，晶粒生長(zhǎng)速度加快，產(chǎn)生粗大晶粒。

圖3 接頭顯微組織形貌

圖4 接頭熱影響區(qū)和熔合線顯微組織形貌

從圖5可以看出，試樣焊縫區(qū)顯微組織、析出相分布均勻，說(shuō)明ER5356焊絲焊縫的晶粒組織細(xì)小，析出相分布均勻。

圖5 接頭焊縫區(qū)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(xué)性能均能滿足母材強(qiáng)度的70%以上，150°彎曲試驗(yàn)焊接接頭無(wú)裂紋產(chǎn)生。從圖6可以看出，接頭在拉伸試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)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(qū)，由于熱影響區(qū)顯微組織晶粒粗大，晶界面少，晶粒與晶粒中間犬牙交錯(cuò)的機(jī)會(huì)就越少，有利于裂紋的傳播和發(fā)展，使其力學(xué)性能下降。

表4 焊接接頭性能

圖6 拉伸試樣

3 結(jié)論

適當(dāng)工藝參數(shù)下，MIG焊接0.5mm、1.0mm、1.5mm間隙板材表面焊縫形狀規(guī)則均勻，無(wú)夾渣、未熔合、未焊透等缺陷，性能良好，說(shuō)明在1.5mm內(nèi)MIG焊接焊縫成型性良好，間隙過(guò)大會(huì)產(chǎn)生鋁合金焊接變形和過(guò)大的應(yīng)力集中，使其強(qiáng)度發(fā)生明顯下降。