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异种铝合金焊工艺研究(2)
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摘要:图3 异种铝合金MIG焊接头微观组织Fig.3 Microstructure of MIG joint of heterogeneous aluminum alloys 2.3 接头显微硬度分析 图4所示为不同焊接参数下焊接接头显微硬度的分
图3 异种铝合金MIG焊接头微观组织Fig.3 Microstructure of MIG joint of heterogeneous aluminum alloys
2.3 接头显微硬度分析
图4所示为不同焊接参数下焊接接头显微硬度的分布情况,打点顺序从左至右依次为铸材→熔合区→焊缝→熔合区→型材。由图4可见,MIG焊缝接头硬度分布表现类似于旋转的“W”型,接头硬度最大值为72.6HV,位于型材母材区。接头硬度在两个熔合区附近出现了衰减,型材熔合区硬度值略有衰减,为64.4HV,铸材熔合区硬度值最低,仅为57.6HV,这是由于此处为热影响区过时效区,受焊接热循环作用,硬度和力学性能大幅降低。从显微组织上也可分析得出,铸材熔合区晶界粗化明显,且该处分布有大量Mg2Si脆性共晶组织,尤其是长条形共晶组织,极易产生应力集中,严重割裂材料的连续性,导致接头硬度偏低。
图4 焊缝处显微硬度分布Fig.4 Distribution of microhardness in weld joint
3 结论
1)当其他焊接参数相同情况下,低焊接速度有利于增大熔深,但易导致压铸铝合金产生氢气孔。
2)MIG搭接焊接头焊缝区为等轴柱状枝晶组织,型材和铸材的熔合区受焊接热循环作用,晶界均有不同程度粗化,型材晶界处析出大小不等的强化相,铸材晶界处析出大量低熔点Mg2Si脆性共晶组织。
3)MIG搭接焊接头硬度分布表现类似于旋转的“W”型。接头硬度值在铸材熔合区最低,仅为57.6HV,受热影响区Mg2Si脆性共晶组织影响,硬度降低。
4)在焊接电流为120 A、焊接电压为25 V、焊接速度为6 mm/s、送丝速度为9 m/min、气体流量为21 L/min情况下,可以获得焊缝成形美观的MIG焊接头。
随着汽车制造业对节能环保要求的不断提高,对车身制造材料轻量化的使用提出了更高要求,汽车用铝合金,尤其是压铸铝合金得到了快速发展。AlSi10MnMg压铸铝合金因其高强韧、高致密度、易加工成形、良好的传热导电性和耐腐蚀性等优点,在电动汽车安全构件中应用十分广泛[1—3]。压铸铝合金在使用中,需要与其他零件进行焊接,其焊接裂纹、气孔对构件的机械强度和安全性影响较大[4]。MIG焊采用惰性气体保护焊接熔池,具有高效、接头力学性能高等优点,适用于裂纹敏感性较强的铝合金的焊接[5—8]。目前,用MIG焊接的铝合金主要集中在6000系列的铝合金型材[9—12]。对于压铸铝合金和铝型材的MIG焊,只有少量的研究报导,研究重点集中在接头的微观组织和力学性能分析上[13—14]。文中对AlSi10MnMg铸铝与6005A-T6铝型材进行了MIG搭接焊,对接头的显微组织和力学性能进行分析,优化MIG焊接参数,为这种材料的焊接提供基础数据。
1 试验
材料为2 mm厚的AlSi10MnMg铸铝与3 mm厚6005A-T6铝型材,焊丝材料为AlSi5-4043,直径为1.2 mm,主要成分如表1所示。
Tab.1 Chemical composition of base metal and welding consumables (mass fraction) %材料SiMnMgFeZnCuZrTiCrVSrAl ~11.50.45~0.800.26~0.35≤0.22≤0.05≤0.05≤0.050.04~~0.020余量 ~1.3≤1.00.3~0.9≤0.35≤0.15≤0.25≤0.1≤0.2≤0.2≤1.0余量 AlSi5-.5~余量
将板材加工成尺寸为260 mm×75 mm的焊接试板,采用TPS 320i Fronius焊机对其进行搭接焊接。采用的焊接参数为:焊接电流为120 A,焊接电压为25 V,焊接速度为4~6 mm/s,送丝速度为9 m/min,气体流量为21 L/min。研究焊接参数对焊缝成形和性能的影响。
利用线切割机沿垂直于焊接方向将接头切割成金相分析试样。金相分析试样采用Struers Tegramin-30自动磨抛机进行抛光后,用体积分数为5%的NaOH试剂腐蚀,在Zeiss AXIO光学显微镜下观察。采用LM300 AT数显显微硬度计,按照GB/T 4340.1—2009对试样接头硬度分布进行测量,加载载荷为0.3 kg,加载时间为10 s,步距为1 mm。
2 结果与分析
2.1 接头宏观形貌
采用不同焊接工艺参数进行搭接焊试验,焊接试验后对焊缝进行目视检验,检验结果如图1所示。由图1a可见,当焊接速度为4 mm/s时,焊接接头外观出现气孔缺陷,且主要偏向压铸铝一侧。研究表明,铝合金在焊接时的气孔主要是氢气孔[13]。这是由于其他焊接参数相同情况下,焊接速度越低,越利于增大熔深,但随着熔深增大,压铸铝一侧母材在高温下熔化增多,而氢的溶解度随温度升高而增大[14],熔池短时间内汇聚大量的氢,当电弧移动时,熔池温度骤降,氢的溶解度随温度下降而骤减,且因铝的结晶速度较快,大量的氢形成的气泡上浮速度慢,导致氢气泡未来得及溢出,在焊缝内部形成氢气孔,影响焊缝强度,严重时,气孔甚至外露至焊缝外观。当采用6 mm/s的焊接速度时,在保证熔深的情况下,减少了焊缝中氢的溶解,可以获得外观质量较好的焊接接头。
文章来源:《时代汽车》 网址: http://www.sdqczz.cn/qikandaodu/2021/0623/2167.html
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