铝合金车体焊接缺陷及控制(三)

焊接 2018-11-26 14:53:15
    (二)裂纹
    
    铝合金焊接易产生焊接结晶裂纹以及近缝区的液化裂纹,即产生热裂纹倾向较大。

    1. 产生裂纹机理

    铝的线膨胀系数是钢的2倍多,热传导率为将近低碳钢的5倍,因此,铝焊接件的焊接应力大。另外,合金的成分对热裂纹的产生有很大影响。合金成分越高,其裂纹倾向越大。原因是铝合金熔点低,焊接时加热、冷却过程均迅速,使合金来不及建立平衡状态,现结晶的固相中合金含量较少,而液相中含较多的合金元素,以致较少的平均浓度下就出现低熔共晶体。若低熔共晶呈薄膜状展开于晶界面时,增大裂纹倾向。易熔共晶体的存在是铝合金焊缝产生裂纹的重要原因之一,如图4所示。

    至于近缝区液化裂纹,同结晶裂纹一样,也是晶间低熔共晶的存在有联系,是在不平衡的焊接加热条件下引起偏析而形成的。

    2. 防止措施

    (1)选择合理的母材、焊接材料工艺。控制熔池的合金成分,则涉及到母材成分以及焊接材料的选择。实践证明, 7000系列当中的Al-Zn-Mg-Cu铝合金的裂纹倾向较大,所以尽量避免采用这种材料作为焊接结构件。实践证明,7000系列当中的不含铜的Al-Zn-Mg铝合金(7N01)的焊接裂纹倾向低,焊接性较好,已广泛使用于铁道车辆行业。焊接材料方面,应选择抗裂纹性强的焊丝。

    (2)控制熔池温度。控制熔池温度方面,首先控制环境温度。外部环境温度过低必然加速冷却速度,应控制在15℃以上,必要时可以预热,但不应超过200℃。其次,通过调节焊接规范来控制熔池温度。线能量过大变形也大,线能量过低易出现未熔合;综合考虑应采用稍微偏高的线能量为好。

    (3)实际操作方面:焊接收弧易产生弧坑裂纹,通过操作者的手法填满弧坑,尽可能减少裂纹倾向。还有采用引弧、收弧板。众所周知,引弧、收弧时最容易出现焊接缺陷,因此干脆通过引弧、收弧板,直接把这些隐患拉到焊件外,焊后打掉引弧、收弧板。铝合金焊接应养成使用引弧、收弧板的习惯。如图5a ,5b所示。短焊缝在中间收弧,防止弧坑裂纹,如图5c所示。

    (三)夹渣

    1. 形成氧化膜机理

    铝本身属活泼金属,所以铝合金表面易形成一层难熔的氧化铝薄膜。这层氧化膜的熔点达到2050℃,远远超过铝合金的熔点(约660℃)。在焊接过程当中,氧化铝薄膜会阻碍基本金属熔化和融合,而且氧化膜的比重大(约为铝的1.4倍),不易浮出熔池,造成焊缝夹渣。

    2. 防止措施

    清除焊件表面的氧化膜。表面清理方法有机械清理法和化学清理法两种。铁道车辆制造行业这两种方法都适用。机械清理法主要是用打磨机(电动、风动两种,风动较活用)或钢丝刷、刮刀、锉刀打磨坡口的方法清理氧化膜;化学清理法不仅清理氧化膜,还要起到清理焊件表面的油污的作用。氧化膜清理之后应在6小时之内焊接,不然应重新处理。大面积清理氧化膜是铝合金焊接的重要特征。

    (四)易烧穿

    1. 易烧穿的原因

    铝合金由固态转变为液态时,不像碳钢那么明显,无明显颜色变化,所以不易判断熔池的温度变化,实际操作时不好掌握尺度。另外,温度升高时,铝的机械强度降低,因此焊接时易导致烧穿。

    2. 防止措施

    焊缝背面加垫可防止烧穿。根据不同情况可选用不同的垫。若采用铝合金板材(一般2~4mm),则属于直接断续焊而永久性跟着焊接件转到下工序(若需要可以通过机械加工的方法加工掉);若采用不锈钢棒,则属于反复利用回收用的,但相对装配要求高;若采用粘贴式陶瓷性的,则焊后报废属于一次性的,操作起来非常方便。前者适合于单面焊双面成形;后两者适合于X形坡口。在铝合金焊接当中常用这三种方法。
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