6061铝合金T形接头PD位置焊缝根部链状气孔产生原因及预防措施.docx

6061铝合金T形接头PD位置焊缝根部链状气孔产生缘由及预防措施6061铝合金T形接头PD位置焊缝根部链状气孔产生缘由及预防措施明晖刘丙臣李尧【摘要】针对6061铝合金PD位置T形接头焊缝根部链状气孔问题进行探讨，发觉提高预热温度可以有效削减焊缝根部气孔的数量，当预热温度提升至150C。时，焊缝根部气孔基本消退，且不会对接头组织性能造成不利影响。关键词：焊接；链状气孔；预热温度；铝合金；焊缝根部铝合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀、挤压成形性能好等优点，符合轻量化设计的要求，是主要的轨道车辆结构材料。随着我国高速铁路和城市轨道交通的快速发展，铝合金材料得到了越来越广泛的应用。本文针对12mm厚的6061铝合金T形接头PD位置焊接培训过程中根部链状气孔的相关问题进行探讨，通过调整焊接工艺来解决此缺陷，为高速列车车体制造工艺的改善供应参考。1.存在的问题及分析（1）存在的问题对12mm厚6061铝合金PD位置T形接头进行断裂试验，断口形貌如图1所示，可见焊缝存在大量链状气孔，并且气孔集中分布于根部熔合线旁边。（2）问题分析气孔是铝合金焊接过程中简单产生的缺陷之一，产生的气孔类型主要为氢气孔。氢气孔产生的缘由大致可以分为两种：一是因为铝的化学性质比较活泼，与氧亲和力大，在常温下都会氧化，表面生成氧化铝(AI2O3)薄膜即焊接材料及母材所吸附的水分、空气中的水分、相对湿度等；二是氢在铝合金液态和固态的溶解度不同，氢在液态铝中的溶解度较大为07m1.100g,凝固时溶解度为0.04m1.100gj所以原来溶于液态铝中的氢会在凝固时大量析出，形成气泡上浮。由于铝导热快，凝固快，所以会有一些浮不出来的气泡就形成气孔夹在焊缝中，即属于析出型气孔,导致相关问题更加突出。图1断口形貌12mm厚T形接头PD位置存在大量链状气孔主要缘由：T形接头的散热方向多于对接接头，其散热速度更快，对气孔逸出不利；试板的厚度加大到肯定程度会进一步增加气孔逸出的难度；同时，PD位置焊接时熔池倒悬，根部位置的气孔难以排出，其他位置的气孔也简单上浮至此。基于以上三点缘由，导致气孔会在接头根部熔合线处大量积累。解决焊接气孔问题的关键在于消退气体来源，限制气孔的产生和促进气体的逸出。在爱护良好的状况下氢气孔的产生与母材、焊丝表面吸附的水分休戚相关，适当提高预热温度有利于削减水分的吸附；此外，良好的预热可以降低焊后冷却速度，有利于焊接气体的逸出。但是铝合金的预热也有肯定的限制，过高的预热温度和过长的持续时间会引发接头软化严峻、合金元素烧损、晶粒粗大等问题，一般来讲对于12mm厚的6061铝合金最大预热温度不应超过200Co,持续时间不能超过30mino2.试验材料和设备试件材质：6061铝合金；试件规格：12mm×150mm×200mm；焊丝牌号：ER5356,l.2mm；接头形式：T形接头；焊缝空间位置：PD；焊接方法：熔化极惰性气体爱护焊131（MIG）；爱护气体种类及纯度：Ar99.999%；焊接设备：福尼斯TPS4000焊机；试板及焊丝化学成分如表1所示。3.焊接工艺试验（1）焊前清理首先运用丙酮溶液清洗试板表面，去除表面油污；然后运用不锈钢碗刷对试件两侧20mm范围内的表面氧化膜进行清理及点固（见图2）。（2）装配及定位焊清理、点固结束后，采纳三种不同的温度对试板进行焊接：试件3为常温状态，试件2的预热温度为70Co,试件1的预热温度为150Coo预热方式：氧乙快火焰加热，以实现对铝合金试板的快速加热，并用电子测温笔实时监控试板的温度。在实际操作中，耗时不足Iomin便将试板接头旁边的温度提高至150Co,可以满意铝合金快速预热的需求（见图3）。（3）试件的焊接焊接参数如表2所示，坡口状况与焊接依次如图4所示。焊接试件：采纳3M变光面罩以便于操作（见图5）o4.试件检测（1）外观检测焊后冷却至常温，依据ISO17637对3组铝合金试板进行外观检测，采纳放大镜对接头表面进行细致地观测。接头外观形貌如图6所示，可知三组铝合金试板外观差别较小，焊缝鱼鳞纹匀称清楚，表面没有裂纹、气孔、未熔合等缺陷。（2）宏观金相检测外观检测完成后，依据ISO17639对3组铝合金试板进行宏观金相检测。接头的宏观金相如图7所示，可知虽然外观形貌良好,但未进行预热的焊接接头气孔数量较多，尤其在打底焊缝的根部，气孔分布更为密集，预热温度70C。的焊接接头气孔数量有所下降，但打底焊缝根部的气孔仍旧较多；预热温度150C。的焊接接头气孔数量最少，并且打底焊缝根部的气孔基本消退。这也充分说明提高预热温度可以有效削减接头气孔的产生，有利于解决根部气孔超标的问题。表16061铝合金及ER5356焊丝化学成分（质量分数）（%）材料SiFeCuMnMgCrZnTiAl60610.750.350.300.500.600.300.150.10余量ER53560.10,400.100.154.800.100.100.13余量图2试件清理及点固图3预热方式及预热温度表2焊接参数焊道焊接电流/A电弧电压/V爱护气体（）焊接速度mm?S-I电流极性Fl220240222499.9999.010.0DC/+F2200220222499.9998,510.0DC/+F3200220222499.9998.510.0DC/+图4接头形式及焊接依次注：tl=t2=12mmo（3）微观金相检测6061铝合金对焊接热输入敏感，过高的预热温度可能会造成组织粗大、接头软化等问题，为了验证预热温度的合理性，选取预热温度150C。的铝合金试板，从接头制取微观金相试样进行观测。接头各个部位的显微组织如图8所示，接头组织良好,母材、热影响区、熔合线和焊缝没有因预热而产生过烧、热裂纹、晶粒粗大等问题，这也说明此预热温度与持续时间较合适。（4）断口检测依据ISO9017对三组铝合金试板进行断口检测，接头断口形貌如图9所示，可知断口检测的试验结果与宏观金相检测结果相符合：随着预热温度的提升，焊缝气孔的数量降低，在预热温度150C。时，打底焊缝根部的气孔基本消退。5.结语（1）采纳氧乙快火焰加热可以快速提升试板温度，适合用于铝合金高温预热。图5焊接操作中图6接头外观形貌图7接头宏观金相图8接头显微组织图9接头断口形貌（2）在沿用原有焊接参数的基础上，提高预热温度可以有效削减PD位置厚板角焊缝的根部气孔。（3）在预热温度升至150C。时，焊缝的根部气孔基本消退，且不会对接头组织造成损伤。参考文献：中国机械工程学会焊接学会.焊接手册M第3版（修订本）.北京：机械工业出版社，2014.金属加工（冷加工）2017年第16期要目缸体曲轴孔测量技术探讨单缸发动机曲轴快速试制精度限制方法钢制车轮轮辐冲压成形模拟分析横跨众多行业的通用型加工中心瘦长型夹持解决方案让工件更易触及精密异形滑块加工工艺优化某型框架零件加工工艺探讨成对大型偏心齿轮单件加工新工艺机床在线检测技术探讨瘦长定位孔锋加工装置的设计实施异形悬臂垫片冲裁工艺优化及模具设计铁道机车车辆用制动软管总成套箍胀形模设计与应用作者简介：明晖等，青岛四方机车车辆技师学院。