来源:《新技术新工艺》杂志
作者:熊林玉,高彦军,史红臣,等
摘要:针对3mm 5A06铝合金,进行了不同间隙及错缝量的冷金属过渡焊(CMT)工艺试验,并分析了间隙和错缝对接头成形及力学性能的影响。试验结果表明,间隙的存在会使保护效果受到影响,接头正面发黄,背面会出现焊丝送入时戳出的凹凸不平现象,当间隙较大时,焊缝背面会出现明显的氧化发黑现象,接头强度和延伸率随着间隙的增大而有一定程度的下降,建议工程中工件局部间隙≤0.5mm;错缝的存在,导致焊缝出现了不对称,高度低的一侧背部焊缝随着错缝量的增加边缘急剧过渡,随着错缝量的增大,接头强度和延伸率均呈下降趋势,建议工程中工件整体错缝量不超过厚度的15%,局部错缝量不超过厚度的20%。
冷金属过渡焊(Cold Metal Transfer,CMT)是福尼斯公司在MIG/MAG基础上开发的一种适合薄板和超薄板的焊接方法。整个焊接过程为闭环数字化控制,起弧后焊丝熔化形成熔滴,熔滴长大与工件接触形成短路,系统检测到短路信号后,电流立刻转变为小的短路电流,同时焊丝自动回抽,使熔滴脱落;熔滴脱落之后,控制系统再次提高焊接电流,同时送入焊丝再次引燃电弧,开始新一轮的焊接过程,这种冷-热之间的交替变化大大降低了焊接热量。本文进行了不同间隙和错缝对5A06铝合金CMT焊接接头成形及性能影响的试验,为工程应用提供建议和参考。
1试验过程
试验采用3mm厚5A06—Y2铝合金,焊丝牌号为ER5356,直径为1.2mm。板材及焊丝化学成分分别见表1和表2。焊接电源为福尼斯TPS 4000 Advanced,焊枪运动轨迹和焊接速度通过机器人进行设定和控制。
将板材切割成长300mm、宽150mm的试板,长度方向为板材轧制方向,用120#汽油擦拭除油,然后进行酸洗。焊接前,佩戴洁净帆布手套,用刮刀刮除待焊区表面氧化膜,露出金属光泽。焊接采用的垫板如图1所示,焊漏槽宽度为20mm,深度为8mm,焊接在背部悬空状态下进行。
模拟间隙时,在试板起始和结束处塞入不同厚度(0.3、0.5和0.7mm)的垫片,制出不同的间隙;模拟错缝时,在试板一侧垫不同厚度(0.5、1.0和1.5 mm)的垫片,形成不同的错缝量。间隙及错缝示意图如图2所示。
采用的焊接参数如下:电流为76A,脉冲修正1.0,焊接速度为0.4m/min,保护气体为氩气,流量为20L/min。
2试验结果
2.1 间隙对接头成形及性能的影响
不同间隙焊后接头形貌如图3所示。从图3中可见,当存在间隙时,由于保护效果受到影响,接头正面发黄,正面高度显著下降,背面高度显著提高,且背面出现了焊丝送入时戳出的凹凸不平现象;随着焊接过程中的收缩,后半部分成形逐渐好转(见图3b),但是当间隙为0.7mm时,正面焊缝出现了下凹,焊接起始区背部焊缝出现了明显的氧化发黑现象(见图3c)。随着焊接过程中的收缩,后半部分未出现氧化发黑现象,但是背部仍然出现了凹凸不平的现象,这些现象均是间隙过大造成的。
不同间隙下接头力学性能见表3。由表3可知,随着间隙的增大,接头强度和延伸率均有一定程度的下降。间隙为0.3和0.5mm时性能相当,与无间隙时比较,强度下降约7%,延伸率下降约11%;当间隙为0.7mm时,强度下降11.6%,延伸率下降23.5%;因此,在工程中采用CMT焊接5A06铝合金时,建议工件局部间隙≤0.5mm。
2.2 错缝对接头成形及性能的影响
不同错缝量时接头的正反面成形如图4所示。从图4中可见,当存在错缝时,由于两侧高度差导致焊缝出现了不对称,高度低的一侧背部焊缝随着错缝量的增加边缘过渡更加急剧。
从力学性能数据(见表4)来看,随着错缝量的增大,接头强度和延伸率均呈下降趋势。当错缝量达到厚度的16.7%(即0.5mm)时,较无错缝时接头抗拉强度下降约4.7%,延伸率下降约24%;当错缝量达到厚度的33%(即1.0mm)时,强度下降约14.4%,延伸率下降41.3%;当错缝量达到厚度的50%(即1.5mm)时,强度下降24.4%,延伸率下降48.6%。错缝的存在导致接头在拉伸时存在一定的附加弯矩,错缝量越大附加弯矩越大,显著降低了接头的延伸率;因此,在工程中采用CMT焊接5A06铝合金时,建议工件整体错缝量不超过厚度的15%,局部错缝量不超过厚度的20%。
3结语
由3mm厚5A06铝合金板材不同间隙及错缝量CMT工艺试验结果可以得出如下结论。
1)当存在间隙时,由于保护效果受到影响,接头正面发黄,正面高度显著下降,背面高度显著提高;由于间隙的存在,背面出现了焊丝送入时戳出的凹凸不平现象,当间隙较大时,焊缝背面会出现明显的氧化发黑现象;随着间隙量的增大,接头强度和伸长率均有一定程度的下降。在工程中采用CMT焊接5A06铝合金时,建议工件局部间隙≤0.5mm。
2)当存在错缝时,由于两侧高度差导致焊缝出现了不对称,高度低的一侧背部焊缝随着错缝量的增加边缘急剧过渡;随着错缝量的增大,接头强度和伸长率均呈下降趋势;错缝的存在导致接头在拉伸时存在一定的附加弯矩,错缝量越大,附加弯矩越大,显著降低了接头的伸长率。在工程中采用CMT焊接5A06铝合金时,建议工件整体错缝量不超过厚度的15%,局部错缝量不超过厚度的20%。
作者简介:熊林玉(1979-),女,博士,高级工程师,主要从事铝合金焊接等方面的研究。
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