铝合金前处理状态对焊接接头性能的影响

周滨涛

【摘 要】在不同的表面状态下焊接5052-H32铝合金，对焊接接头的拉伸、弯曲试样进行测试，观察对比其断口形貌。试验结果表明，清洁的试板在电弧阴极清理的作用下，氧化膜并未对焊缝质量产生显著的影响;铝合金表面存在油污和水渍会使焊缝表面状态变差，出现焊缝下塌、发黑、断弧、烧穿等缺陷，焊缝内部存在明显的气孔、夹渣等缺陷。

【关键词】铝合金焊接;氧化膜;力学性能

【中图分类号】TG453.9;TG166.3【文献标识码】A【文章编号】1674-0688（2019）08-0124-02

0 前言

铝合金材料具有高的强度比、模量比、耐腐蚀、易加工成型等特点，因此在汽车、轨道交通等领域得到广泛的应用。但是，铝合金的化学性质活泼，表面极易形成氧化膜，焊接时氧化膜会妨碍母材熔合，易造成夹渣、未融合等缺陷，氧化膜还会吸收水分使焊缝出现气孔。为避免这种影响，通常采用机械打磨去除氧化膜，但这道工序会在一定程度上降低生产效率，增加成本[1-4]。

本文结合实际情况，对铝合金MIG焊焊前打磨、打磨不彻底、未打磨、存在油和水这些情况的焊接接头拉伸、弯曲力学性能和断口形貌进行对比，分析表面状态对焊接质量的实际影响，为后续铝合金焊接实际生产过程中合理地节约成本提供了一定的理论依据。

1 试验材料和方法

试验所用母材为5052-H32铝合金，板厚为3 mm，焊材为直径1.2 mm的ER5356铝合金焊丝。

采用MIG焊焊接表面干净但分别处于完全打磨、打磨不彻底和未打磨3种表面状态的试板，单面焊双面成形。对比在正常没有油污水渍状态下的试样接头的力学性能。

分别进行焊接接头的室温拉伸、弯曲试验。每块焊接试板上制备2个拉伸试样、4个弯曲试样。室温拉伸和弯曲试验分别按《焊接接头拉伸试验方法》（GB/T 2651）和《焊接接头弯曲试验方法》（GB/T 2653）进行。试验合格门槛值：拉伸试样抗拉强度≥150 MPa;弯曲试样用20 mm直径压头压弯90°，试样不应在任何方向出现大于3 mm的裂纹，边角出现的缺陷可以忽略。

2 试验结果

焊前完全打磨、不完全打磨和未打磨3种工艺行为拉伸实验结果见表1。3种工艺行为焊接接头抗拉强度值均合格，断裂位置均在热影响区，因为热影响区属于焊接近缝区母材，只是受到了焊接的热影响，未参与熔化、凝固等过程，其强度一般只是跟焊接过程的线能量、峰值温度和冷却速度等焊接的热影响有关，在控制好线能量、峰值温度和冷却速度的情况下，3种状态的试件热影响区强度都大于150 MPa。

由于3种不同打磨状态的工艺行为只会影响到接头中焊缝的质量，断裂位置不再焊缝，所以可以推断焊缝强度性能要高于热影响区。

焊前完全打磨、不完全打磨和未打磨3种工艺行为弯曲实验结果如图1所示。结果表明，各组试验件正弯和背弯在规定的弯曲条件下均未出现>3 mm的裂纹。

3 试验分析

焊接电流种类可分为直流正接、直流反接。流正接为工件接正极，工件接收电子，吸收大量来自负极的逸出功，电弧集中，熔深大。直流反接为工件接负极，虽然直流反接状态下工件获得的能量没有直流正接大，焊接效率低，熔浅，但直流反接有直流正接不具备的优点，即阴极清理作用。在直流反接的情况下，此时工件受到质量很大的氩正离子的高速撞击，铝表面形成的氧化膜被击碎吹走，有阴极清理即“清洁”作用（如图2所示）。铝合金MIG焊就是带有这种“清洁”作用的铝合金焊接方法，所以才会得出无论是否清理铝合金表面，都不会对接头性能产生明显影响的实验结果。

4 油污、水渍对铝合金焊接的影响

在焊接试板之前，将一组试板的整个表面涂抹机油，另一组试板涂抹清水，由于铝合金表面比较光滑，清水涂铝板会在表面张力的作用下聚集成水珠，所以最后采用肥皂水涂抹。两种状态的试板焊后试样拉伸性能见表2。

涂油、涂水的焊缝外观发黑，表面有明显的熔渣，断弧情况严重，整个焊缝焊接过程中多次发生断弧和穿孔（如图3所示）。拉伸试验其断裂位置基本处于焊缝，其抗拉强度基本都达不到接头的强度最低要求;弯曲试验件基本都断裂失效，且断口所在位置内部存在明显的气孔、未熔合等缺陷（如图4所示）。显然，MIG焊的阴极清理作用对焊接区域的油污和水已经没有效果。

5 结论

（1）焊前清洁的试板，打磨状态不会对焊缝的力学性能有显著的影响。

（2）因为焊接电弧的阴极清理作用，所以清洁的铝合金焊前氧化膜不进行清理也能得到理想的接头。

（3）试板表面存在油污水渍会使焊缝出现大量的焊接缺陷，导致焊缝力学性能下降。

參 考 文 献

[1]唐海鹰，程石来.铝合金打磨与不打磨工艺接头性能的对比研究[J].焊接生产应用，2013（8）：51-54.

[2]余忠贵.铝合金交流氩弧焊阴极清理及焊缝成形研究[D].上海：上海交通大学，2012.

[3]唐元生，嵇彬.铝合金管道焊接气孔产生原因分析及克服措施[J].石油石化，2014（4）：36-38.

[4]李会，郭继祥.铝合金MIG焊常见焊接缺陷分析及预防措施[J].电焊机，2013（4）：72-76.

[责任编辑：陈泽琦]