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鋁合金壓鑄焊接氣孔形成原因分析

時間:2021年04月27日 10:45

鋁合金壓鑄在焊接時,焊接接頭產生的氣孔種類主要是氫氣孔。氫氣孔產生的原因是焊接時,焊接材料和焊接接頭處母材在高溫下熔化形成熔池,由於這些熔化金屬形成的熔池溫度極高,氫的溶解度隨溫度急劇升高,從而熔池內會溶入大量的氫。當電弧離去時,熔池溫度迅速下降,這時氫的溶解度隨溫度下降急劇減小,就會有大量的氫溢出,但由於鋁結晶速度較塊,並且鋁合金密度小,形成的氣泡在熔池中受到的浮力較小,上浮速度慢,熔池結晶結束後,還會有許多氣泡來不及浮出,滯留在焊縫中形成氣孔。

在鋁合金焊接時氫氣主要可通過焊接環境、保護氣體純度、焊接母材、焊絲選擇和焊接工藝參數製定等途徑進入焊縫,通過分析壓鑄鋁合金在采用多組焊接工藝參數進行試驗後均存在氣孔缺陷,可排除焊接工藝參數影響。因此將針對其它因素開展以下相關試驗,具體如下。

1 焊前母材表麵打磨量

為了確定焊前母材表麵打磨量是否是導致焊縫產生氣孔的原因,對壓鑄鋁合金按表3打磨量進行焊接,工藝參數為,MIG 焊接,填充材料ER5356,焊接電流80A ~ 100A,焊接速度8mm/s ~ 12mm/s,保護氣體流量18L /min~22L /min。對焊縫進行目視、滲透和低倍檢測,如圖3所示,壓鑄鋁合金不同打磨量焊後均存在氣孔缺陷,說明焊前母材表麵打磨量對壓鑄鋁合金焊接氣孔的影響不大。

2 不同焊絲

采用ER4043 和ER5183 焊絲進行試驗,選擇不同工藝參數進行焊接,MIG 焊接,填充材料分別為ER4043 和ER5183,焊接電流60A ~ 80A,焊接速度8mm/s~ 12mm/s,保護氣體流量18L /min ~ 22L /min。經過目視、滲透、焊縫餘高打磨後內部檢驗,檢驗結果如圖4所示,發現兩種焊絲在不同工藝參數下,與采用ER5356 焊絲一樣,壓鑄鋁合金焊縫均存在氣孔缺陷,結果說明不同焊絲不會避免焊縫氣孔產生。

為進一步確認焊絲是否是導致焊縫產生氣孔的原因,進行了壓鑄鋁合金TIG 自熔焊接試驗,工藝參數如表4所示,焊後質量如圖5所示,發現采用不同焊接電流進行焊接,焊縫均存在大量氣孔,因此說明否使用焊絲對壓鑄鋁合金焊接氣孔影響也不大。

3 焊接母材試驗

為確定焊接母材是否是焊接氣孔產生的原因,選擇擠壓型材6005A 和重力鑄造鋁合金進行對比試驗,在相同的焊接環境,使用相同的焊接設備和焊接方式,進行焊接試驗,具體如下: 進行6005A 型材對接焊接、6005A 型材+壓鑄鋁合金對接焊和重力鑄造鋁合金對接焊,與壓鑄鋁合金對接焊進行對比; 工藝參數為,MIG 焊接,焊絲ER5356,焊接電流70A ~ 100A,焊接速度8mm/s ~ 12mm/s,保護氣體流量18L /min ~22L /min。

進行目視和餘高打磨後的內部檢驗,壓鑄鋁合金對接焊縫存在大量氣孔; 型材對接無氣孔; 壓鑄鋁合金與型材對接存在氣孔,但氣孔均偏向壓鑄鋁合金一側。

進行目視、滲透、射線和低倍檢測,重力鑄造鋁合金的焊縫雖存在氣孔,但尺寸較小可判定為合格氣孔。由此說明壓鑄鋁合金母材可焊性較差,是產生焊接氣孔的主要原因。

4 氫含量檢測

由於鋁的焊縫氣孔主要成分是氫氣,焊接過程中氫氣的主要三大載體為保護氣體、母材及焊絲。根據上述試驗結果表明,焊接試驗均采用相同的保護氣體,同時選擇不同的焊絲,但焊接氣孔仍存在,因此影響本次試驗焊接氣孔的氫氣主要來源於壓鑄鋁合金母材氫含量。

為了明確壓鑄鋁合金氫含量,選擇本次試驗用料壓鑄鋁合金、擠壓型材、重力鑄造鋁合金進行了氫含量檢測,檢測標準按照Q/6S 2453-2010 執行,檢測結果如表5所示,表明壓鑄鋁合金氫含量遠高於擠壓型材與重力鑄造鋁合金。

結論

( 1) 在相同的焊接環境下,改變焊接工藝參數、焊前母材表麵打磨量、焊絲選擇等其它焊接因素不是壓鑄鋁合金產生焊接氣孔的主要原因,主要取決於壓鑄鋁合金母材。

( 2) 壓鑄鋁合金母材本身氫含量高於重力鑄造鋁合金和擠壓鋁合金,其焊接氣孔傾向遠大於重力鑄造鋁合金及擠壓鋁合金,是焊接氣孔形成的主要原因。

( 3) 鋁合金焊接氣孔傾向程度主要取決於母材氫含量,隨著母材氫含量的增大,氣孔傾向增大。

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