不同純度的氬氣對(duì)焊接質(zhì)量的影響

王成文 汪長(zhǎng)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(xué)機(jī)械工程學(xué)院

合理的氬氣純度可以提高焊接質(zhì)量。本文研究在同等條件下，純度為99.99%、99.995%、99.999%的氬氣對(duì)焊接質(zhì)量的影響程度，對(duì)在給定工藝參數(shù)下，用3mm厚6082鋁合金薄板進(jìn)行脈沖MIG焊接試驗(yàn)，焊接試驗(yàn)完成后，分別用X-Ray檢測(cè)儀、游標(biāo)卡尺、精密焊縫尺、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)成形后的焊縫進(jìn)行表征。結(jié)果表明：在相同條件下，在純度為99.99%、99.995%、99.999%氬氣保護(hù)下的焊出的焊縫外觀和焊縫內(nèi)部氣孔生成情況無(wú)明顯差異，且99.99%氬氣焊縫熔寬和余高最??；純度為99.99%、99.995%、99.999%的氬氣保護(hù)下的焊縫抗拉強(qiáng)度約為219MPa、192.5MPa和217MPa，約為母材抗拉強(qiáng)度的67%、59%和66%；三種氬氣純度均能滿足焊接質(zhì)量要求。

氬氣是一種稀有氣體，在日常生活也是很常見(jiàn)的氣體，其在空氣中所占?xì)怏w成份的比例為0.93%。由于氬氣具有獨(dú)特優(yōu)良的特點(diǎn)，人們開(kāi)始意識(shí)到其作用，并在焊接、切割、照明等領(lǐng)域開(kāi)始廣泛應(yīng)用。從世界的角度來(lái)看，氬氣被大量應(yīng)用是從20世紀(jì)70年代開(kāi)始。例如美國(guó)和日本1980年氫氣產(chǎn)量分別22586萬(wàn)m3和8142萬(wàn)m3。我國(guó)在20世紀(jì)70年代氫氣產(chǎn)量很少，到1983年也達(dá)到1613萬(wàn)m3，近年來(lái)增長(zhǎng)更迅速，其提取技術(shù)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(hù)氣來(lái)生產(chǎn)加工。在金屬材料激光切割中，需要用氬氣作保護(hù)氣，且不同氬氣純度會(huì)影響切割質(zhì)量，所以良好的氬氣純度可保證切割金屬質(zhì)量。在金屬焊接時(shí)，氬氣由噴咀出來(lái)可防止焊接部位被空氣氧化或氮化，采用氬氣作保護(hù)氣，可使焊縫整齊美觀,焊接產(chǎn)生的變形小，氣孔數(shù)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(guī)范和焊縫成行，在大型構(gòu)件的焊接中被廣泛采用。

本文以不同純度的氬氣為研究對(duì)象，通過(guò)改變氬氣的純度來(lái)焊接6082鋁合金，分析不同純度的氬氣對(duì)焊接質(zhì)量的影響。

1 試驗(yàn)方法及過(guò)程

試驗(yàn)采用基體材料為Al-Mg-Si系的6082鋁合金，板厚3mm。其力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度Rm=320MPa，伸長(zhǎng)率A=20.8%；焊接填充材料為5356鋁合金焊絲，直徑為Φ1.2mm，保護(hù)氣體為純度99.99%的氬氣。6082鋁合金和5356焊絲的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 6082鋁合金母材和5356焊絲化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

試驗(yàn)采用松下公司的工業(yè)機(jī)器人焊機(jī)，焊接過(guò)程采用平焊的焊接姿勢(shì)，干伸長(zhǎng)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(shù)如表2所示。

表2 6082（3mm）MIG焊焊接工藝規(guī)范

焊后分別用X-Ray檢測(cè)儀、游標(biāo)卡尺、精密焊縫尺、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，在進(jìn)行萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)前，需要對(duì)板材進(jìn)行線切割，為了使各種材料機(jī)械性質(zhì)的數(shù)值能互相比較，避免試件的尺寸和形狀對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，對(duì)試件的尺寸形狀作了統(tǒng)一規(guī)定，如圖1所示。

圖1

2 結(jié)果及分析

按照不同純度的氬氣對(duì)6082鋁合金進(jìn)行焊接，采用機(jī)械手自動(dòng)化焊接，得到了相應(yīng)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(guī)則，且焊接焊縫成形均勻美觀。對(duì)成形焊縫進(jìn)行X射線無(wú)損探傷檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如圖3所示。觀察焊縫中氣孔生成情況，并測(cè)量氣孔直徑。中可見(jiàn)焊縫內(nèi)無(wú)密集氣泡且氣孔個(gè)數(shù)明顯低于20個(gè)；最大氣孔直徑僅為2.0mm。

圖3 幾種氣孔檢測(cè)

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

外觀檢測(cè)后，通過(guò)線切割進(jìn)行切割，然后進(jìn)行拉伸，以下是三種拉伸后的力學(xué)性能，三種焊接模板的抗拉強(qiáng)度均值波動(dòng)不大，且拉斷的最大力都在17kN以下，強(qiáng)度系數(shù)滿足焊接基本要求，如圖5所示。

圖4 焊縫外側(cè)檢測(cè)

圖5 焊縫力學(xué)性能

3 結(jié)論

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

（2）三種焊縫內(nèi)部氣孔生成情況無(wú)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(hù)下的焊縫抗拉強(qiáng)度約為219MPa、192.5MPa和217MPa，約為母材抗拉強(qiáng)度的67%、59%和66%。