1、6061铝合金的氩弧焊接工艺研究鲍海兰(中核北方核燃料元件公司冶金研究所包头市456信箱28分箱014035)摘要：本文阐述了6051铝合金焊接结构的氩弧焊接技术。通过调整其坡口形状提高焊缝力学性能，选择合理预热方法降低焊接过程中产生的气孔，并对焊缝进行金相检测。试验结果显示，采用V形坡口较其它形状坡口焊缝有较高的强度，电弧间接预热有利于焊缝中氢气的逸出，针对搭接结构的6061铝合金焊缝根部未熔透问题提出了微束等离子弧焊的方法。关键词：6061铝合金钨极氩弧焊气孔力学性能前言6061-T6铝合金，属铝-镁硅系合金。热裂纹、气孔是该类合金氩弧焊的一大难题。焊接过程中，接头坡口形式及焊接参数影响焊
2、缝厚度，预热规范影响焊缝内部气孔状态。接头的裂纹、气孔及焊缝厚度情况决定焊接接头的机械性能好坏。为保证焊件焊接质量要求，从确定焊接材料，选择合理的坡口形式、焊接参数及焊前预热规范等几方面进行试验，得到了满意的结果。1试验方法11焊接结构介绍本次试验所用结构材料为6061铝合金，焊接件全长990ram，边长为636minx636mm的方形筒状，两端为连接板，上连接板宽190mm，下连接板宽400mm，侧板、连接板厚度均4Smm，共8道焊缝接头。12母材焊接件的侧板与上、下连接板均为6061-T6铝合金板材，其化学成份如表1所示。注：杂质元素Li0008，Cd_0003，Co如001，B如001，
3、Ga000413焊接方法和设备焊接方法为添加填充金属的手工钨极惰性气体保护焊(即11G焊)，填充金属采用ER4043铝-硅焊丝。焊丝成份应符合标准的规定，标准和分析值见表2。焊接用保护气体氩气纯度9999，用钨电极或铈钨极作为电极材料。所用焊接设备为MiL351方波交、直流两用氩弧焊机，额定电流351A。焊接极性选用交沛。裹2 ER4043铝硅焊丝的化学成份 (单位：)2焊接工艺确定21焊前准备211接头及坡口形式选择焊接结构件侧板与上、下连接板的焊接属搭接焊缝，故拉伸试件可采用对接焊缝试件。工艺试验中采用I、单边v形和v形等三种坡口形式开展试验。坡口的加工采用铣削加工，表面粗糙度不大于125
4、p m，板厚为20一4mm。212试件焊前清洗TIG焊接时，氩气只起机械保护作用，对焊件与填充金属表面的油、锈及其他污物非常敏感，如清理不当，中国核学会核材料分会2007年度学术交流会焊缝中很容易产生气孔、夹渣等缺陷。焊前必须认真清理，彻底除去填充金属、焊件坡口面、间隙及焊接区表面上的油脂、油漆、涂层，以及加工用的润滑剂、氧化膜及锈等。常用的焊前清理有脱脂清理、化学清理、机械清理及化学机械清理四种。本次试验中采用了化学清理的方法，其化学清洗工艺参数如表3所示。裹3 焊前化学清洗工艺参数213焊前预热规范及预热方法为减少或消除焊接气孔，TIG焊接6061-T6铝合金，施焊前需对试板进行预热。试验
5、中采用如下几种预热方式：a、不预热直接焊接。b、定点填丝预热，再施焊。c、采用阶梯式焊接。d、用电弧间接预热焊接。22焊接件的焊接试验试件焊接部位是侧板与上、下连接板的插入连接处，上连接板的焊接长度19mm，下连接板焊接长度40mm，接头形式为不等厚度板的搭接，如图l所示。将被焊件连接板和焊丝经化学清洗并低温烘干，清洗工艺按212的规定进行，焊接前再用丙酮擦拭。未经化学清洗的侧板，焊前对坡口处必须做机械清理，然后用蘸有丙酮的绸布擦拭干净，再装入连接板进行预热、焊接。焊接从端部起焊向内进行，因起弧处容易产生缺陷，焊后整体加工时，铣到成品尺寸，确保剩余焊缝无缺陷。3试验结果及分析板31焊接预热方法
6、的确定焊件厚度及坡口形式相同，而且施焊参数相同的条件下，经三种不同的预热工艺，焊接得到的焊缝经x射线探伤检测焊缝内部焊接缺陷的情况，结果见表4。表4 试板X射线探伤结果从x射线探伤结果表4看出，在不预热(a)的条件下，焊缝中出现了密集气孔。产生气孔的原因是铝合金在液态下可溶人大量氢，致使铝合金焊接过程中出现氢气的形核、长大、逸出。在凝固时溶解氢的量急剧减少，而铝合金的导热系数大，氢气泡来不及逸出而滞留在焊缝中形成氢气孔。为了防止氢气孔的产生，采用了焊前预热的方法。焊接电流定点填丝预热1分钟，焊缝中出现连续气孔，可见定点预热的热输入量仍不能达到氢气孔充分逸出的条件，而且试验中发现增加定点预热的时
7、间会造成焊件背面塌陷或产生热裂纹。因此定点预热法不能够应用于该结构的铝合金焊接。中周转#刍梭f“丹会2X)7年度学术交流金录用阶怫式1接咀沅，生f r；啦1监考虑卉，起焊处增火热=60、量，昀侏对后续焊接揶位预热世睦所得#t缝巾们分m若打敞7 L孔最后=乏用丁加预热短哇土弧蚓接骶出艇热的洼，试啦cI z矬现低温预热敬果水好，焊蝗中仍有轻多的丹散t4L：离滥坝热效果较r x射线探伤尤气扎试验表明在加预热板电弧川接商温预热，赫。接过程cp有利于氲一L泡的觅分逸出其尉旺l足加颤热板预热，t_f慷证竹整个焊接部位预热避免了局邵预热温度过高的情况出现既可m悍汪施埠过程中7 L池的逸出也if避JF锅台金的
8、软化温度范旧练L所述，选择加抒-热板电弧同按高温顶热能够满足焊接质量的要求。32焊缝力学性能试验以下几种吐验中所州舰热力法均为电弧问接挣l热且考虑到焊后焊缝熔深保证2mm，我仃j在试验中采用F太F 2ram的焊接试板作为焊接对象，旧焊接后把焊缝表埘高出部分加_掉留下埙鞋鞋好的2ram的郎位作为焊接拉伸样前先对板厚为202 5ram坡口形式为单面v形试扳进行氩弧烨接试验。做r 5组戚板的焊接i_lf=验，其抗托强度见罔2。口01 m01 80E妻“#2。0 7 i 。1i。 t*$：目2 唯面v形坡n抗拉强度折线刚 图3 l形坡口抗拉强度曲线从图2中可以看出，在同样的焊接热输人条件下所获得的抗拉
9、强度不高。原同是焊枪在单面V形坡ril摆动时由于单面v形坡口的热输入不均匀和母材、焊丝熔合比例不均而容易形成米焊透，对板厚35ram，坡u形式为1的8组焊接试扳进行了钮弧焊接试验。其埠接而抗拉强度结果见围3。由图3可见侄f彤坡口，焊接试样坡门根部容易造成来焊透，强度值较第一维虽有大的提高但不稳定。对饭厚在2 9-44ram坡几形式为v形的5组焊接试板进行了氩弧焊接试验，其获得的抗拉强度结粜见图4所示。圈4 V Jf三眭口焊接样品抗立强度比较 图5弯曲外舰照从圉4中的v形坡口焊接所获得的抗拉强度来看，在同样的热输八条件下选用V形坡口所获得的强度很高且基率在170MPa左右v形坡口焊接所获得的抗拉
10、强度总体卜高丁单面v形坡u和1形坡口其原因星v形坡口在保证根部焊透的情况F菇母材的熔台比要大干单面V彤和I形坡J的母材熔台比的增大改善r焊缝金属的组织母材中镁台盘元素熔人到烨接熔池中可与硅台金形成MgzSi强化相，提高焊接接头的强度极限，板厚不同所选取的焊接电流也略有变化一般足随板厚增加也丰日鹰增大焊接电流。由削4可知不同焊接电流的条件F获救的焊接接头的拉伸强度疽变化不大，未呈现随焊接电流增大导致焊接接头强度极限降低的霉一蠹一。fl|i量|。茹翳霉劬娜啪 ”，一E警g#趋势计v形焊接硅虫进行J弯闭试验试佯的背变和旧】娈#5在180”，无开裂现象t接试样的弯曲外观照如f、圈5所，FV形坡焊挂拄虫
11、的托伸试驰结果蛐表5所日i。可从t，发现，蜱拄试样的延伸牢大小取班子试样的断裂部位，断在母材处的延仲率均高于断在焊缝处的，这穗明丁铝硅台象形成的铸志接头的塑性较篪fb焊缝柏断叫形貌。见陶6】分析，属协禽断裂i1蛳芷焊缝处的断裂足韧忡断裂裹5 焊接试样拉伸试验敛据口r虾I， n舡I 6J 斋“R 3 断托2 F材址99 断在母竹灿5 7 断扯焊鞋姓52 断在蝉缝趾4 7 脚f芷焊缝址阿6 埠缝断口x201) 圈7 焊件胛缝根群微观阴x1 25从以上nj做出结论焊接此种焊接结构选J；I_|v形坡u lE鞍台适乘州啄加填克金属的T1G埠j毒接头的抗拉强度r以僻证在J50MPa“L焊缝处的断裂腩韧性断
12、裂，30金相检验结果采用v形坡口填充ER41M3焊缱的方法赦导的焊缝根部翳产_；三末熔台如幽7焊件焊缝根部微观照所示焊件根部来熔台的产生取决于接头形式、焊接力法操作技能缸弧焊接其电狐不容易商接加热到焊接结蜘底部，nJ是面过熔池盘属的热传导住焊缝讯部形成熔台而口6(61铝台会件的搭接接头的底部横板恰好起到玲茸j怍用，使稿群接熔池的底部温度低因此泼606I锦台金什的措接接吼易产生根部来熔合缺陷；606I斜台套此种搭接接一、刘埠r的耍求特别的离田为蛳果要实现椎部窿ef熔台必须錾术焊工很高的观察熔池能力，否P10很容易造成根f|；末熔台的焊接缺陷。咎雕j晴况微柬等离子焊接困萁具有，J,4L效应可作为此
13、种搭接结构的新型焊接方法。4结论f 1钨檄氲弧焊焊接6061铝台垒搭接接头试fi时+录用加预热扳电弧问接高温坝热的T艺条件，町减少玻消除烨缝接头的气孔。2 J 606I铝台盘拍缸0焊接，jt焊件城日的形状和角度决定r焊棱接头的强成批戳V形坡II焊接驮僻的烨缝力学性能稳定。焊接接头的强度假限可在I 50MPa以上(3j 61)6I铝台金缸孤焊接萁焊接接儿的强度极限与钣犀无芰，r4)由金棚榆测可知采朋氲弧焊接方泄焊接6(161韬台金措拄接业，对焊二的技能要求特划的高，产t协质甜也小够稳定，因此微束等高于焊接挂术特艄矗_【=|F铝台会的搭接接头。考立越11l姜C日焊接学台鳊 黄空静 焊接手册r盘属盟奠焊接州J 北享机槭工、出咂挂199口】铝殷锚；盎嫦接技术条什FA,q1064 89【纠婢接接头机械性能试璇取样法GB2649，816061铝合金的氩弧焊接工艺研究作者： 鲍海兰作者单位： 中核北方核燃料元件公司冶金研究所 包头市456信箱28分箱 014035本文链接：http:/
