孙友强

【摘  要】随着经济社会的快速发展，轨道交通运输能力不断的提升，车体生产材料也从传统的碳钢变成轻便耐用的铝合金材料，铝合金的物理特性、耐腐蚀、可焊性及表面易于处理良好的加工成型性，可再生、易于回收利用的诸多优点。使其在高速列车和城市轨道交通车体应用上备受青睐。铝及其合金化学活泼性很强，表面易形成氧化膜，具有难熔性质，焊接时容易造成不熔合现象;氧化膜密度同铝的密度极其接近，容易成为焊缝金属的夹杂物和焊接裂纹;同时，氧化膜可以吸收较多的水分而常常成为形成焊缝气孔的重要原因之一;铝合金的线胀系数大，导热性又强，焊接时容易产生焊接变形。焊接缺陷的存在严重降低了焊接结构的承载能力也会影响车体结构的使用寿命，因此研究铝合金焊接缺陷为获得高强度焊接结构和优质焊接接头质量，制定焊接工艺提供可靠依据。

【关键词】铝合金焊接质量;焊接缺陷;检测探伤

引言：随着焊接研究的不断深入，自动化程度也越来越高，但手工电弧焊的位置仍然是无法被替代的，这也成为制约焊接质量的一个瓶颈。重要连接焊缝需要进行射线探伤（RT）。优质的焊缝表面应圆滑过渡至母材，表面不得有裂纹、未熔合、夹渣、气孔、焊瘤、咬边等缺陷，焊缝内部同样不允许有缺陷。通过对铝合金缺陷的研究，进一步优化提高铝合金的焊接性，更好的服务于生产、提高车体的使用寿命。

一、铝合金焊接质量影响因素

1.1、焊接电源影响

焊接电源是焊接工艺执行过程中最重要的因素。若焊接电源自身性能不好，必然不会产生良好的焊件。如当焊机的引弧性能差，电弧燃烧不稳定，就不能保证工艺参数稳定，焊接过程就无法正常进行，焊接质量就得不到保证。

1.2、焊接工艺参数影响

1.2.1、焊接电流

焊接电流大小选择恰当与否直接影响到焊接的最终质量。焊接电流过大，可以提高生产率，并使熔透深度增加，但易出现咬肉、焊瘤等缺陷，并增大气孔倾向。

1.2.2、焊接速度焊接速度是与焊接生产效率密切相关的主要参数。合理选择焊接速度对保证焊接质量尤为重要。焊速过快，使熔池温度不够，易造成未焊透、未熔合、焊缝成型不良等缺陷。焊速过慢，使高温时间长，热影响区宽度增加，焊接接头的晶粒变粗，机械性能降低，焊件的变形量增大，同时焊速过慢还会使每层的厚度增大，导致熔渣倒流，形成夹渣等缺陷.

1.2.3、电弧电压

焊接过程中合理的控制电弧长度是保证焊接缝质稳定的重要因素。电弧过长对熔化金属保护差，空气中的氧、氮等有害气体容易侵入，使焊缝易产生气孔，焊接金属的机械性能降低。但弧长也不易过短，若弧长过短，就会引起粘连现象，且由于电弧对溶池的表面压力过大，不利于溶池的搅拌，使溶池中气体及溶渣上浮受阻，从而引起气孔、夹渣等缺陷的产生。

1.2.4、焊接层数选择不当

焊接层数的选择对焊缝质量也有一定的影响，每层厚度过大，对焊缝金属的塑性有不利的影响，且焊接过程中产生未熔合等缺陷。但每层厚度也不易过小，以免造成焊缝两侧熔合不良。

1.2.5、焊丝类型及焊丝直径

焊缝金属的性能主要由焊丝和母材金属相互熔化来决定。因此，焊缝金属材料类型选择恰当与否是影响焊缝质量的重要因素，如6005A主要选择ER 5087或ER 5356，而铸铝件一般选择ER 4043等搭配规律应该熟记。

1.3、焊工操作影响因素

在焊接生产过程中，焊工的焊接操作技术水平低，就意味着打底焊接的运枪方法、角度、接头、中间层及盖面层的运枪方法、接头、收尾等操作方法掌握不熟练，这是造成焊缝质量差的重要原因之一。此外，焊前准备阶段对工件上的油、锈、水分清理不严格，焊丝未检查是否是干燥状态及现场湿度是否超过60%等因素，都会造成焊缝产生大量的气孔，从而使焊接缝质量达不到要求。

二、底架枕梁与牵引梁连接射线探伤焊缝的焊接

2.1.焊前准备按工艺文件要求对枕梁与牵引梁连接位置组对，对焊缝两侧50mm区域打磨，打磨前用酒精（丙酮）对坡口区域擦拭，防止机加油污对焊缝造成污染。准备风动工具：风动直磨机，风动旋转锉，风动碗刷，风动铣刀。测温仪，氧乙炔烤枪，良好性能的MIG焊机，纯度99.99%Ar，或者混合气（He-Ar-N2）作为焊接保护气，焊接断面微观显示气孔单个或无气孔且熔深为指状，热量集中熔合效果佳。

2.2.焊接探伤缝

氧乙炔预热焊后，第一层打底焊接按WPS参数规范采用直线运条方法，焊接过程注意焊接角度，确保焊接热输入量最大，并尽量压低电弧保持电弧的推力，也防止气孔的产生。

第二層填充坡口采用直线停顿或小圈运条方法，可以对熔池有搅拌作用有利于氢气的上浮排除。与母材的良好熔合，层间温度保持在90摄氏度。层间黑灰用风动碗刷去除防止层间未熔合。

第三层采用锯齿运条手法，操作时注意观察两侧电弧停留时间及填充量的把握。

第三次盖面，采用停顿或画圈运条手法。注意层间温度及有无死角。一道一道直至把坡口填满。

2.3.焊缝表面渗透探伤（PT）

焊缝修磨表面无缺陷，对焊缝做渗透探伤无缺陷进入下一步

2.4.探伤焊缝射线探伤（RT）

2.5缺陷的控制措施

2.5.1.气孔的预防措施

（1）焊前认真清理焊件表面的油污、水份和氧化膜，并尽量在短时间内焊接。

（2）保证气体纯度和适当的流量，并且要有良好的保护效果。

（3）采用水平位置焊接，焊前在试板上试焊，确定合适电压和电流等参数。

（4）双面焊接时，背面要清根后再焊接。

（5）焊缝的首尾端和断弧处易出现气孔，因此，要尽量采用引板起弧和熄弧。

2.5.2裂纹的预防措施

冶金因素方面，为了防止焊接时产生晶间热裂纹，主要通过调整焊缝合金系统或向填加金属中添加变质剂。调整焊缝合金系统的着眼点，从抗裂角度考虑，在于控制适量的易熔共晶并缩小结晶温度区间。由于铝合金属于典型的共晶型合金，最大裂纹倾向正好同合金的“最大”凝固温度区间相对应，少量易熔共晶的存在总是增大凝固裂纹倾向，所以，一般都是使主要合金元素含量超过裂纹倾向最大时的合金组元，以便能产生“愈合”作用。而作为变质剂向填加金属中加入Ti、Zr、V 和 B 等微量元素，企图通过细化晶粒来改善性，并达到防止焊接热裂纹的目的尝试，在很早以前就开始了，并且取得了效果。这种细小的难熔质点，可成为液体金属凝固时的非自发凝固的晶核，从而可以产生细化晶粒作用。

在工艺因素上，主要是焊接规范、预热、接头形式和焊接顺序，这些方法都是从焊接应力上着手来解决焊接裂纹。焊接工艺参数影响凝固过程的不平衡性和凝固的组织状态，也影响凝固过程中的应变增长速度，因而影响裂纹的产生。热能集中的焊接方法，有利于快速进行焊接过程，可防止形成方向性强的粗大柱状晶，因而可以改善抗裂性。采用小的焊接电流，减慢焊接速度，可减少熔池过热，也有利于改善抗裂性。而焊接速度的提高，促使增大焊接接头的应变速度，而增大热裂的倾向。可见，增大焊接速度和焊接电流，都促使增大裂纹倾向。在铝结构装配、施焊时不使焊缝承受很大的钢性，在工艺上可采取分段焊、预热或适当降低焊接速度等措施。通过预热，可以使得试件相对膨胀量较小，产生焊接应力相应降低，减小了在脆性温度区间的应力;尽量采用开坡口和留小间隙的对接焊，并避免采用十字形接头及不适当的定位、焊接顺序;焊接结束或中断时，应及时填满弧坑，然后再移去热源，否则易引起弧坑裂纹。

三、结论

根据焊工的工作经验和工艺的指导，焊接的缺陷是相对容易控制的，随着对铝合金焊接工艺研究的不断深入，相信在不久的未来铝合金的焊接技术会有更大的突破。更好的服务于焊接生产。

参考文献：

[1]《铝合金车体焊接工艺》（2010年）机械工程出版社 王炎金 著

[2]《焊接冶金与焊接性》（2008年）机械工业出版社 刘会杰 著