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              鋁合金的弧焊接常見焊接缺陷分析和控制措施

              責任編輯:華強焊接 人氣:12635 發表時間:2016/10/24

                  隨著我國重工業的發展,由于鋁合金的密度小、質量輕、強度比較高、耐腐蝕性好的緣故,越來越多的結構選擇了鋁合金材質加工制造,例如軌道車輛、鋁制壓力容器等。鋁合金由于物理性能、化學性能的原因,在焊接制造往往容易出現一些焊接缺陷,給產品質量帶來不利的影響。


                1鋁合金焊接缺陷的種類

                根據ISO10042《鋁及鋁合金的弧焊接頭—缺陷質量分級》,將鋁合金焊接缺陷分為外部缺陷和內部缺陷兩大類。外部缺陷位于焊縫表面,常見的有表面氣孔、裂紋、未融合、根部未焊透、咬邊、燒穿、焊縫超高等;內部缺陷位于焊縫內部,需要用無損探傷或破壞性性試驗來確定的缺陷,即內部氣孔、裂紋、夾渣、及未融合等。

                 2缺陷產生的原因

                 2.1氣孔 

                 氣孔是鋁合金焊接過程中**容易出現的焊接缺陷,無論工藝措施多么嚴格到位,要想完全做到克服氣孔是很難得,氣孔從位置上可區分為表面氣孔和內部氣孔,從性質上可區分為密集氣孔和離散氣孔,氣孔產生的原因有外部原因和內在原因,外在原因主要是操作、環境方面的因素,內在原因主要是材料、位置方面本身造成的結果。

                (1)外在原因導致的氣孔

                  1環境濕度導致的氣孔

                 鋁合金表面的氧化膜有很強的吸水性,當環境濕度很大時,侵入鋁合金表層的水很大,當電弧產生時,水分子會電離出氫,氫在熔池中來不及溢出而產生氣孔,因此,鋁合金焊接現場的濕度控制是非常必要的措施。


                  2焊接保護不當造成的氣孔

                  當焊接保護氣體流量過大、過小,均會造成氣孔缺陷,這部分氣孔主要是氮氣孔或氧氣孔,焊接過程中,外界風的干擾會使保護氣流紊亂而產生氣孔,焊接過程中,要加強防風措施。

                 3油污、灰塵、贓物導致的氣孔

              當工件表面有油污和有機贓物時,焊接過程會融入焊接熔池,有機碳水化合物分解會導致氣孔產生。

                 4操作不當導致的氣孔

                 當焊接前傾角度過小或操作不穩,均會導致焊接氣孔的產生,在焊接操作中,避免氣孔的技能需要必備的。

                  5焊接參數導致的氣孔

                 當電弧電壓較高時,很容易產生氣孔,因此操作過程中適當的控制電壓是必要的。

                (2)內在原因導致的氣孔

                  1焊材含氫量高導致的氣孔

                  焊絲(焊芯)在冶煉加工過程中,除氫不徹底,或焊材放置時間過久均會產生含氫量過高導致氣孔。

                  2焊絲軟管質量導致的氣孔

                  焊絲軟管質量會影響氣體的純度和效果,在實踐過程中,發現不合格的軟管會產生氣孔,往往會發現質量不合格的軟管增加了氣孔的產生。

                 3操作位置導致的氣孔

                 焊接位置對氣孔的影響很大,PC橫焊位置,由于在橫焊位置上部,焊接保護較差,焊接保護氬氣比重比空氣大,保護氣體過多地流向下方,造成焊縫上部氣孔過多,PF、PC是導致氣孔偏多的位置。

                  2.2熱裂紋

                  鋁合金焊縫中的裂紋是在焊縫金屬結晶過程中產生的,稱為熱裂紋,又稱為結晶裂紋。其形式有縱向裂紋、橫向裂紋(往往擴展到基體金屬),還有根部裂紋、弧坑裂紋等等。裂紋將使結構強度降低,甚至引起整個結構的突然破壞,因此裂紋是完全不允許的。鋁合金熱裂紋產生的機理原因主要有以下幾點:


              (1)鋁合金線膨脹系數大,是鋼的2倍,其在拘束條件下會造成較大的焊接應力。


              (2)鋁合金是典型的共晶型合金,熱裂紋敏感性隨液—固相線溫度區間的增大而增大,當鋁合金中的低熔點共晶體或有雜質作用時,熱裂紋的傾向增大。


              3)當雜質較多時,晶界容易產生并存有低熔點共晶體薄膜,更加增大熱裂紋傾向。

                 2.3夾渣

                 鋁合金焊接后,在焊縫金屬內部有時會存在一些黑點或白色亮點,即夾渣。在鋁合金焊縫中的夾渣有金屬的和非金屬的兩種形式。在鎢*氬弧焊中,在給定的電*尺寸下,使用過大的電流,會使鎢*產生熔化,而沉積在焊縫中造成夾渣。不適當地調整高頻和交流電源的整流,熔池前方的飛濺球熔入熔池中,也均會造成夾渣。

                 2.4未熔合

                 未熔合通常表現為焊絲熔化,母材未熔化或同一焊縫上一側母材熔化,另一側母材未融化為形成的焊接接頭。鋁合金的導熱系數大約是鋼的2~3倍,其比熱也非常大,若是焊接方法的熱輸入量不足,加上本身結構的形狀、尺寸、位置、表面狀態的差異,以及焊工操作的熟練程度的影響,都增加了未熔合的傾向。

                  2.5未焊透

                未焊透這種缺陷是:當焊接從一面進行時,焊縫沒有把母材整個厚度上焊透,或者從兩面進行焊接時,焊縫沒有相互穿透,未焊透是一種嚴重的焊接缺陷。在鋁合金對接焊縫中,這種缺陷通常是由于焊接電流太小,坡口或焊接間隙不夠而形成的,或者對熱輸入而言,焊槍的移動速度過快造成的。在填角焊縫中,是由于填充金屬跨接于接頭的焊邊而沒有熔透底部造成的。

                  2.6咬邊

                  咬邊這種缺陷是在母材金屬上沿著焊縫邊棱形成一道溝槽或沒有充滿焊縫。產生咬邊的主要原因是焊接規范參數過大,熱輸入量過大,焊接速度過快,焊絲還來不及將弧坑填充滿就離開熔池,便會出現咬邊,其次施焊時焊槍的角度過大,擺動沒有到位也會引起咬邊。

                 2.7下塌

                 鋁合金焊接時,顏色無明顯變化,缺乏實踐經驗很難判斷熔池溫度,并且鋁合金強度隨溫度的升高而急劇下降,在350℃時,其強度大約只有10Mpa,這樣往往會導致鋁合金焊接時下塌。下塌影響接頭的美觀,導致應力集中,增加焊接工作量,要注意防止。

                  3鋁合金焊接缺陷的防治措施

                 上述對鋁合金焊接缺陷產生的原因進行了詳細的分析,根據其產生的原因提出了對應的防治措施。

                  3.1氣孔

                  氣孔的治首先應注重母材上的氧化膜、油污、灰塵等雜質,應保證母材表面的清潔。選擇合適的焊接方法,TIG焊比MIG焊產生的氣孔要少。

                 選擇合理的焊接規范,氣孔的數量與焊接電流、電弧電壓有很大的關系,氣孔隨電弧電壓增高而增多,隨焊接電流的增大而減少,這是由于焊接電流增大即焊接熱輸入量增多,熔池的冷卻速度變慢,使氣孔逸出。

                  控制保護氣體的純度和流量,選擇適當的保護氣體,清理噴嘴的飛濺,防止出現亂流,要注意焊槍的角度調整。施焊時,也應注意施焊環境的影響,空氣的潮濕,自然風的流動,都會造成氣孔的產生。

                 3.2裂紋

                 防止和消除裂紋缺陷的措施

              熱裂紋是不允許存在的焊接缺陷,必須杜絕。根據熱裂紋敏感性的影響因素,我們可以通過改變焊接方法,調整工藝參數,匹配母材與焊材的合金成分,降低接頭的拘束等措施來防止。


              1防止裂紋產生的**主要的措施是選材

              一般說來,在基體金屬中,添加銅的合金的裂紋敏感性較高,鎂、鋅和硫等合金元素也有不同程度的影響。經驗表明,對鎂含量低的基體金屬采用鎂含量高的焊接材料(如5183、5356、5556等),是降低裂紋敏感性的有效辦法。另外,通過添加微量元素(如Ti、Ti+B、Zr)來細化晶粒也可顯著地減少裂紋。


              2在設計和工藝上的考慮

               如果焊道薄,焊縫根部間隙大的接頭容易產生縱向裂紋。此時應增加熔敷金屬量(減小焊接速度或增大焊接電流),并采用降低拘束應力的焊接順序。另外,對帶永久性焊接襯墊的焊縫,一般來說采用先設置反變形或在襯墊上加工溝槽的方法,均能防止產生焊根(焊縫根部)裂紋。


               我們知道,弧坑裂紋是以**后凝固區為中心而產生的,因此息弧時必須處理弧坑。當焊槍停止運動時,應使電弧繼續燃燒,待弧坑填滿之后息弧。當進行連續焊時,要養


              成先清理弧坑或接頭而后進行連續焊的習慣。


              3.3夾渣

              防止和消除夾雜缺陷的措施是:

              1焊接前應仔細清理母材、焊材表面的氧化物。

              (2)焊接過程中注意熔池和焊縫的熱態保護。

              (3)使用TIG焊時,要注意鎢*與熔池之間的距離;控制焊接電流,防止鎢*的熔化造成焊縫局部夾鎢形成夾雜。


              3.4未熔合

              1)焊前仔細清理待焊處表面;

              2提高焊接電流、電弧電壓,減小焊接速度;

              3)焊接時要稍微采用運條方式,在坡口面上有瞬間的停歇,


              3.5未焊透

              1)適當的減慢焊接速度,壓低電??;

              2)適當減小鈍邊或增大根部間隙:

              3)使焊槍角度保證焊接時獲得**大熔深,電弧始終保持在焊接熔池的前沿,要有正確的姿勢;

              4)增加焊接電流及電弧電壓,保證母材足夠的熱輸入獲得量;


              6咬邊

              通過矯正操作姿勢,選用合理的規范,采用良好的運條方式都會有利于消除咬邊。焊角焊縫時,用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬邊。


              3.7下塌

              防止和消除下塌和焊穿缺陷的措施有以下幾點:

              1焊縫背面加襯墊。

              (2)焊接時不斷地用焊絲劃撥焊接處母材表面,注意溫度變化,隨時注意調整焊槍角度。

              (3)注意焊接規范的控制,尤其是焊接電流不宜過大。

              (4)注意熔池的形狀和大小,防止高溫侍留時間過長。


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