焊接工艺对铝合金焊接性能的影响

焊接工艺对铝合金焊接性能的影响

李洋,陆昊

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266109

摘 要：镁铝合金在焊接工艺应用时由于金属膨胀系数较大，所以铝合金焊接工艺操作进行时一般很难有效观察清晰其焊接熔池。因此，一旦焊接间隙过大，很可能促成其焊接熔池下榻；而如果间隙太小又会造成焊接缺陷的出现。基于此，文章主要提出了铝合金焊接工艺相对普遍的钨极氩弧焊方法，并与之提出了该工艺下焊接对铝合金的主要性能影响，以供参考。

关键词：焊接工艺；焊接性能；铝合金；焊接材料

目前仅从理论结合我国的工程实际开展的铝合金焊接的应用及工艺理论研究以及与之比较我国大量开展的各类铝合金产品焊接新技术工艺文献来源及研究方向可知,当前在国内能够采用相对成熟方法的各种先进铝合金材料及其焊接的应用技术工艺中的主要应用领域和主要方法还相对局限较多,原则上这些一般的工艺技术都至少应保证能够完全有效的满足国内与国外的各种先进铝合金产品及其焊接工艺使用需求。比如从我国工业最初时就被普遍使用的采用乙炔的氧气乙炔焊接法,再进一步引申应用到在我国工业后来开始比较普遍应用的电栓钎焊、点碳焊法等多种电阻钎焊工艺方式,包括搅拌式和摩擦式钎焊、电子钎焊法焊接等多种新型工艺的焊接法。

1.焊接方法的选择

考虑到目前国内及当前我国在生产焊接铝合金等多种贵重稀有色金属材料方面所可能要广泛采用涉及到焊接的几种最为普遍采用的焊接技术工艺方法以及所存在着焊接的其中几个较为普遍的焊缝缺陷,比如裂纹、气孔、未熔合等缺陷,所以根据以上原因,主要推荐大家使用的一种焊接技术方法是钨极氩弧焊工艺焊接法。该等离子电极焊接的等离子工艺技术的主要应用领域范围较为广泛,主要焊接工艺原理上也是通过等离子氩气焊起到隔绝焊接中空气的效果,由于该等离子工艺其焊接电极的本身几乎就不能焊接融入金属于工件基体金属,具有了几乎是不能通过焊接而产生分离出任何其他的有机元素化合物而来焊接的优良技术特性,所以该等离子工艺技术其等离子电弧的有效清除及对被焊接的金属工件表面中残留的有机金属氧化膜效果上亦相对较为之优越与可靠,能够同时可以对一些表面易于发生高温或氧化而破坏的薄铝合金表面直接予以快速成功稳定地进行焊接,具有一种相当成熟良好稳定的焊接成形电弧稳定性,甚至是可实现在极薄较为微小的短路电流条件下焊接电弧仍能稳定的维持在燃烧状态的良好状态,对其他诸如超薄合金板件表面的快速焊接与成形等效果则都已较为成熟理想。因此,选用该型的焊接夹具制造接头工艺时,可以适当考虑或着重适当地应考虑到各焊接夹具部位工件的自身尺寸的焊接厚度公差及接头工艺尺寸公差调整及控制焊接参数偏差等。

由于铝合金材的焊缝本身对于金属氧化物的各种热化学活泼性特点都已经表现得比较明显,所以焊接同于其对基体金属材料的直接作用发生了金属化学反应作用的现象发生的可能性会比较高,在我们进行焊接的操作过程时它还容易和周围空气环境中含有大量氧的金属水分发生接触后加以氧化反应从而发生金属氧气还原反应。

2.焊接新材料研发及制造工艺与应用现状对高强度铝合金产品焊接技术性能改善的影响主要性能影响指标

2.1焊接接头裂缝及其主要特征

由于各种铝合金材料的应用和多种焊接成型工艺情况下选用的合金材料种类差异性广泛存在,以及它们采取使用的特殊焊接成形工艺性质完全不同,所以它们在形成其特殊焊接的接头结构中也可能会分别表现出上述诸多焊接形式材料上出现的其它各类的缺陷裂纹。这些裂纹缺陷的分布及其特征情况相对更为复杂,主要还是结合实际生产技术需求特点不同而将其粗略划分归纳为下面两种裂纹缺陷方式:

一类缺陷属于焊缝金属裂纹,主要种类有焊缝横向断裂或焊接纵向裂纹、弧坑裂纹、弧状裂纹、以及焊缝多层焊接处理时遗留的焊缝显微金属裂纹等主要缺陷及其形式。

二裂纹是发生在高温焊接时和低温工艺操作时而引起裂纹的焊接热变形影响区裂纹。这种焊趾裂纹缺陷种类繁多主要表现是有焊趾裂纹、熔合线区域范围内所形成的各种显微裂纹、以及各种层状结构裂纹缺陷等。同时,这些焊缝裂纹按照受到结合的金属的热特性影响的区分又分别还又可以再被进一步分为与焊热裂纹和与焊接冷裂纹。比如,热裂纹缺陷一般都主要考虑是基体金属表面在长期连续的高温热切削加工作业的环境情况下形成或在通过晶界表面上产生的合金金属的热偏析物或者在表面上存在沉积了其他一些合金熔点温度的较基体金属低一些熔点温度的金属物质等后而引起的。 目前实际发生裂纹的焊接这种焊接变形断裂现象应用中还多反映为焊接以使用一些优质高强度低化碳合金钢的焊接产品为主的;而再如,液化型金属裂纹现象的其形成主要原因也都往往会与其热熔融金属收缩应力等变形作用有紧密程度相关,即液态金属在加热熔融后其晶体内部再加热融化后或到过了较高温时内部又重新发生起了晶界的收缩及凝固收缩应力变形而最易引起产生金属热凝固液化现象的焊接裂纹。

2.2热裂纹产生的过程及其机理

焊接金属生产工艺过程实践中也可以说焊接是一种复杂而矛盾相互交织作用的一种冶金生产工艺过程或一种加工及制造生产过程,在人们进行各种金属的焊接制造工艺和作业方式的试验过程实践中往往由于有许多相互而不可能完全平衡和进行试验的几种焊接冶金工艺过程相综合作用而相互杂糅结合到了一起,故而就最终会造成一种包括复杂了的金属的焊接和接头、金属冶金、及其他各种焊接力学作用方式等现象的一系列复杂和综合表现。换言概其谓之,铝合金制品是在复杂金属切削焊接复合工艺环境作用下而完成的整个冶金及制造加工过程应是属于反映其表面物理、化学组成上千变万化及各种金属材料组织功能变化上极为错综复杂特点的一系列金属综合焊接工艺和反应规律的完整过程,其中又常常还夹杂存在着其中一些的熔渣、气体成分变化等。所有如果上述所有这些现象是同时所发生,都会或多或少反映着存在着同去裂纹型号之间的一种共同的形成机制或生成动机,但其中同去裂纹型号之间还曾同时具有一种最为具有明显的紧密程度的关联性存在的现象则较多是属于冶金因素。事实上,从热理论力学角度分析出发综合来看,焊接及成型的工艺中都应该属于一个半热的循环加热工作过程状态,在工件处于的这种循环加热工艺状态过程条件下工件与其对应工件之间共同和伴随着存在一定的保持着温度梯度的应力变化的过程工件与其所对应的工件接头的热和冷却过程的变化速度会一起的变化,焊件接头则应该在处于这样的一定速度的加热作业状态工艺条件下工件与其对应工件接头的之间是始终和能够共同保持着从应力状态过渡到热或应变过程状态的过渡这也是又一稳定的变化的工作形态,所以它同时则也在为焊缝裂纹的快速形成提供出提供了一种重要的契机基础材料与技术的必要的条件。

因此,在各种金属的焊接或加工成形过程缺陷控制工作中,要认真考虑与控制因各种重要冶金因素相互作用影响及多种金属力学应力性质的复杂变化影响等特殊过程情况影响下的金属材料表面所能自然出现缺陷的各种微裂纹缺陷,应特别能注意充分综合考虑与各种常用金属材料缺陷相互影响的各种相互的强化作用关系与缺陷相对的弱化效应之关系。比如,在高温或冷却的时期,焊接的接头裂纹就属于这其中的一种金属材料对外还能与建立有一定程度的机械强度联系。如果,此时的焊缝裂纹在其正常焊接作业及强度条件作用情况下能够仍然得以保持或使其焊接工件同样能够充分承受外部顺从其内在剩余应力方向的应力变化,使其连接至其焊缝和焊缝区间外的各种其它焊缝材料工件能同时或能够继续正常的承受其焊缝内在的应力作用方向与其外部剩余残存剩余应力,就极可能就不会因而直接造成焊缝裂纹缺陷出现。反之,当焊接材料工件自身已经完全不能完全同时独立承受其外部内在应力值的急剧变化影响及应力作用时,其内部焊接与材料强度之间的联系就必然或就会出现完全地中断,故而又必然地促成内部焊接的裂纹缺陷发生。 

参考文献：

[1]赖鸥.焊接材料及工艺对铝合金焊接性能的影响[J].科技创新与应用，2013（6）.

[2]李午申，邸新杰.中国钢材焊接性及焊接材料的进展[J].焊接，2013（3）.