铝合金车体焊接缺陷及控制(一)

焊接崔磊 2018-11-26 14:48:50
    目前铝合金作为大众化的金属材料被广泛地应用于各个行业,它具有密度低、强度高、挤压性及焊接性能良好、回收利用率高等多个优越特点,因此批量应用于铁道车辆制造业。高速动车在速度提高的同时也要求车体具有更高的承载强度,因此,必须提高铝合金焊接质量,有效地控制缺陷的产生,达到设计要求。

    一、铝合金的性能

    纯铝是银白色的轻金属,密度2.7g/cm3,约为钢的1/3(钢的密度为7.87 g/cm3),导电率较高,仅次于金、银、铜居第4位。热导率比钢大2倍左右,熔点为658℃,加热溶化时无明显颜色变化,具有面心立方结构,无同素异构转变。塑性和冷、热、压力加工性能好,但强度低(只有90 MPa左右)。

    纯铝的化学活泼性强,与空气接触时,就会在其表面生成一层致密的氧化膜(主成分是Al2O3)薄膜,这层氧化膜可防止冷的硝酸及醋酸的腐蚀,但在碱类和含有氯离子的盐类溶液中被迅速破坏而引起强烈腐蚀。纯铝中随着杂质的增加,其强度增加,而塑性、导电性和耐蚀性下降。

    铝合金是在纯铝中加入合金元素如镁、锰、硅、铜、锌等后获得不同性能的金属材料。

    二、铝合金的结构件应用

    目前应用于铁道车辆的铝合金主要有5000系列、6000系列、7000系列。

    (一)Al- Mg合金-5000系

    由于Mg的增加直接影响其机械性能,能增加抗拉强度。含有低Mg的合金主要利用于装饰材料、建筑材料。含有2.5%Mg的合金具有较好的耐蚀性、加工性、耐海水性、焊接性,主要利用于车辆、船舶的制造。

    (二)Al- Mg-Si合金-6000系

    主要含有Mg、Si金属,是热处理强化性铝合金。此系列合金具有优良的挤压性,因此制造型材非常有利,且具有良好的耐蚀性、焊接性、具有较高的强度,广泛利用于铁道车辆、船舶、建筑用窗框、土木结构材料的制造。

    (三)Al-Zn-Mg-合金-7000系

    此系列分Al-Zn-Mg-Cu合金和不含Cu的Al-Zn-Mg合金,二者均为热处理强化性铝合金。前者在铝合金当中具有最高强度,但焊接性差,所以主要利用于航空行业。后者焊接性较好,应力腐蚀倾向不明显,而且焊接3个月后其接头强度通过自然时效能得到部分恢复,则广泛利用于铁道车辆的制造。

    三、铝合金的焊接性

    由于铝合金具有独特的物理化学性能,在焊接过程中会产生一系列困难,具体有以下几点:

    (一)强的氧化能力

    铝与氧的亲和力很大,在空气中极易与氧结合生成致密结实的γ-A12O3薄膜,在焊接过程中,γ-A12O3薄膜会阻碍金属之间的良好结合,并易造成夹渣。而且氧化膜还会吸附水分,焊接时会促使焊缝生成气孔。因此,为保证焊接质量,焊前必须严格清理焊件表面的氧化物,并防止在焊接过程中再氧化,对熔化金属和处于高温下的金属进行有效的保护,这是铝合金焊接的一个重要特点。

    (二)较大的热导率和比热容

    铝合金的导热系数和比热容都很大,约比钢大一倍多,在焊接过程中大量的热能被迅速传导到基体金属内部,因此,焊接铝合金比钢要消耗更多的热量。

    (三)线膨胀系数大

    铝合金的线膨胀系数约为钢的2倍,凝固时的体积收缩率达6.5%~6.6%,容易产生焊接变形。焊接某些铝合金时,往往由于过大的内应力而在脆性温度区间内产生热裂纹,这是铝合金,尤其是高强铝合金焊接时最常见的严重缺陷之一。
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