铝合金MIG焊接接头多次焊补可行性研究

铝合金MIG焊接接头多次焊补可行性研究

褚玉佳

 中车广东轨道交通车辆有限公司 广东 江门 529100

摘要：本文主要针对A6N01S-T5铝合金焊接接头进行二次和四次补焊试验，对不同修补次数下的焊接接头组织和性能进行研究。研究结果表明：四次修补焊接接头抗拉强度和断后伸长率有所降低，不同修补次数下的焊接接头均具有良好的弯曲和硬度性能；但随着焊接次数的增加，热影响区的软化现象明显，易发生拉伸断裂。

关键词：铝合金；焊接修补；力学性能；

1. 前言

铝合金材料具有中等强度、挤压性好、焊接性好、耐蚀性良好等特点，适于制造车体主体结构用的复杂截面多孔中空型材，因此作为关键结构材料广泛用于高速列车、城际动车和地铁列车等轨道交通车辆车体的生产制造上。【１】通常，铝合金再焊接过程中极易产生气孔等缺陷，如果这些缺陷超过要求就必须进行焊接修补，有时还会出现多次修补的现象。本文主要针对铝合金车体常用型材A6N01S-T5接头在经历多次补焊后的拉伸、弯曲等基本力学性能进行分析，未制定车体补焊工艺提供数据支撑。【２】

2. 试验方法与分析
   1. 试验材料、设备及试板规格：

1）母材材料：A6N01S-T5，300mm×150mm×4mm，坡口70°，钝边1㎜，自带永久垫板，化学成分见表1；

4）焊接设备：福尼斯TPS5000全数字化MIG焊机；

5）焊接材料：φ1.2 mm ER5356焊丝，化学成分见表1。【３】

表1 

2.2试验方法

焊接选取双脉冲MIG焊，对接接头为研究对象，选用99.999%Ar做保护气体。采用铝合金环保清洗剂将焊接试板表面擦拭干净、去油污，再使用不锈钢丝刷清除氧化膜。根据选定的参数，对试板进行焊接，焊接参数见下表2。

表2 

每种材质制备三组相同的待焊试板，每组设置3个试件作为参考。

3. 试验结果及分析

3.1外观检测及无损探伤

对焊接1次、2次、4次的焊缝进行目视检测，发现各试验焊缝成型良好，焊缝表面无缺陷，焊缝边缘平齐。

对所有焊缝进行着色探伤，除了表面存在极个别小气孔外，焊缝质量合格。对所有对接焊缝进行了X射线探伤，探伤结果表明不同焊接次数的焊缝中均存在一定数量的气孔缺陷。

3.2焊接接头截面形貌

表3 为不同焊接次数焊接接头横截面的宏观形貌，由表3可知：不同焊接次数下的焊接接头焊缝与母材之间均有较好的过渡，但焊缝中均存在一定数量的焊接气孔。

表3

3.2 金相组织

图1~图3为A6N01S-T5铝合金MIG焊1次、2次和4次焊接接头的焊缝、熔合区、热影响区以及母材的金相组织。从图中可以发现随着焊接次数的增加，焊接2次和焊接4次的晶粒比焊接1次的焊缝的大，α( Al) +β( Mg2Al3) 共晶网状组织变得更大。焊接2次和焊接4次接头远离焊缝热影响区和母材区与焊接1次的这些区域的组织基本没有差别，但是由于多次焊接时靠近焊缝热影响区的液态金属沿晶界回流现象越来越严重，使得晶粒的晶界变得越来越宽，同时近缝热影响区由于多次热输入的作用，使得第二相沿晶界聚集长大，此处为热影响区的软化区，是A6N01S-T5铝合金焊接接头的薄弱环节，接头拉伸试验多断裂于该区域。

a）焊缝；b）熔合区；c）热影响区；d）母材

图1 焊接1次

a）焊缝；b）熔合区；c）热影响区；d）母材

图2 焊接2次

a）焊缝；b）熔合区；c）热影响区；d）母材

图3 焊接4次

3.3 拉伸性能

不同焊接次数焊接接头拉伸试验结果见下表４。A6N01S-T5铝合金试板焊接1次的焊接接头的拉伸性能优于焊接2次和焊接4次的，焊接4次的焊接接头拉伸性能最差。

表４不同焊接次数焊接接头拉伸试验结果

3.4 弯曲性能

图４为A6N01S-T5铝合金不同焊接次数MIG焊接头的弯曲试样。不同焊接次数下的接头均出现开裂，导致以上结果的原因是1次焊接和4次焊接接头中存在较多的焊接气孔缺陷，从而导致接头弯曲性能下降。

　　　　　　　　a）1次焊接　　　　　b）2次焊接　　　　　c）4次焊接

图4 弯曲试样图

3.5显微硬度

图５为A6N01S-T5铝合金不同焊接次数MIG焊接头的硬度分布曲线。可以看出硬度以焊缝为中心两边近似对称分布，随着远离焊缝中心，硬度值呈现先增大后减小，再增高的趋势。其中焊缝硬度值最低，在65HV左右，这是因为焊缝（W）所用的焊丝为Al-Mg焊丝，硬度较低。母材（BM）的硬度最高，在95HV~100HV之间，且分布较为均匀。热影响区（HAZ）硬度值呈现比较大的梯度，随着远离熔合线至母材区域逐渐升高，硬度值比焊缝要高，分布在65HV~95HV之间，但低于母材。在热影响区距离焊缝中心约7mm~10mm处，存在一个热影响区软化区，硬度值突然降低至接近焊缝硬度值大小，该区域是A6N01S-T5铝合金焊接接头最薄弱区域。

从图５中还可以发现，经过不同次数的焊接，A6N01S-T5铝合金焊接接头的硬度分布趋势及硬度值的分布范围并未发生大的变化，经过4次焊接的接头左侧热影响区硬度值稍微有所降低。

图4  硬度分布曲线

4.结论

通过不同焊接次数的接头的试验结果，可以得出以下结论：

1)A6N01S-T5铝合金双脉冲MIG焊焊缝经过多次焊接后，其内部易产生气孔缺陷。

2)经过1、2、4次焊接的A6N01S-T5铝合金焊接接头均未发现有热裂纹存在。

3)随着焊接次数的增多，焊接接头抗拉强度和断后伸长率有多降低，A6N01S-T5铝合金焊接接头拉伸断裂于热影响区。

4)不同焊接次数条件下的焊接接头的硬度分布趋势基本相同，焊缝硬度最低，热影响区硬度变化梯度较大，母材硬度最高，热影响区存在软化区，距离焊缝中心约10mm处，是铝合金焊接接头的薄弱环节。

[1]杨蔚，刁有德，田洪霞．多次补焊对铝合金型材焊接接头力学性能的影响[J]电焊机，2015年第４期；

[2]方鸿渊.焊接结构学[M].北京：机械工业出版社，2008；

[3]于金朋.多次焊补对高速列车铝合金焊接接头的影响[J]焊接学报，2012年11期；

姓名：褚玉佳，性别：女，民族：汉族，籍贯：浙江省诸暨市，出生年月：1992 年11月，学历：大学本科，职称：焊接分管工艺师。主要研究方向或者从事工作：主要从事轨道交通车辆焊接工艺