不同纯度的氩气对焊接质量的影响

王成文 汪长松 黄绍服 李盛良

①奇瑞新能源汽车股份有限公司 ②安徽理工大学机械工程学院

合理的氩气纯度可以提高焊接质量。本文研究在同等条件下，纯度为99.99%、99.995%、99.999%的氩气对焊接质量的影响程度，对在给定工艺参数下，用3mm厚6082铝合金薄板进行脉冲MIG焊接试验，焊接试验完成后，分别用X-Ray检测仪、游标卡尺、精密焊缝尺、万能试验机对成形后的焊缝进行表征。结果表明：在相同条件下，在纯度为99.99%、99.995%、99.999%氩气保护下的焊出的焊缝外观和焊缝内部气孔生成情况无明显差异，且99.99%氩气焊缝熔宽和余高最小；纯度为99.99%、99.995%、99.999%的氩气保护下的焊缝抗拉强度约为219MPa、192.5MPa和217MPa，约为母材抗拉强度的67%、59%和66%；三种氩气纯度均能满足焊接质量要求。

氩气是一种稀有气体，在日常生活也是很常见的气体，其在空气中所占气体成份的比例为0.93%。由于氩气具有独特优良的特点，人们开始意识到其作用，并在焊接、切割、照明等领域开始广泛应用。从世界的角度来看，氩气被大量应用是从20世纪70年代开始。例如美国和日本1980年氢气产量分别22586万m3和8142万m3。我国在20世纪70年代氢气产量很少，到1983年也达到1613万m3，近年来增长更迅速，其提取技术不断得到完善和提高[1]。氩气有很多用途，其中一种用途就是用氩气作为保护气来生产加工。在金属材料激光切割中，需要用氩气作保护气，且不同氩气纯度会影响切割质量，所以良好的氩气纯度可保证切割金属质量。在金属焊接时，氩气由喷咀出来可防止焊接部位被空气氧化或氮化，采用氩气作保护气，可使焊缝整齐美观,焊接产生的变形小，气孔数目也比较少，焊道平缓，焊缝冲击韧性高，焊接飞溅小[2-5]，且纯度稍高的氩气具有良好的焊接规范和焊缝成行，在大型构件的焊接中被广泛采用。

本文以不同纯度的氩气为研究对象，通过改变氩气的纯度来焊接6082铝合金，分析不同纯度的氩气对焊接质量的影响。

1 试验方法及过程

试验采用基体材料为Al-Mg-Si系的6082铝合金，板厚3mm。其力学性能为：抗拉强度Rm=320MPa，伸长率A=20.8%；焊接填充材料为5356铝合金焊丝，直径为Φ1.2mm，保护气体为纯度99.99%的氩气。6082铝合金和5356焊丝的化学成分见表1。

表1 6082铝合金母材和5356焊丝化学成分（质量分数）（%）

试验采用松下公司的工业机器人焊机，焊接过程采用平焊的焊接姿势，干伸长度15mm；焊接前先用不锈钢丝球清除坡口氧化膜，焊接工艺参数如表2所示。

表2 6082（3mm）MIG焊焊接工艺规范

焊后分别用X-Ray检测仪、游标卡尺、精密焊缝尺、万能试验机进行检测，在进行万能试验机前，需要对板材进行线切割，为了使各种材料机械性质的数值能互相比较，避免试件的尺寸和形状对试验结果的影响，对试件的尺寸形状作了统一规定，如图1所示。

图1

2 结果及分析

按照不同纯度的氩气对6082铝合金进行焊接，采用机械手自动化焊接，得到了相应的焊缝，如图2所示。

图2 几种焊接试样

以上四条焊缝比较规则，且焊接焊缝成形均匀美观。对成形焊缝进行X射线无损探伤检测，检测结果如图3所示。观察焊缝中气孔生成情况，并测量气孔直径。中可见焊缝内无密集气泡且气孔个数明显低于20个；最大气孔直径仅为2.0mm。

图3 几种气孔检测

每道焊缝取三处，分别用游标卡尺和精密焊缝尺测量熔宽和余高，并取平均值。如图4所示。

外观检测后，通过线切割进行切割，然后进行拉伸，以下是三种拉伸后的力学性能，三种焊接模板的抗拉强度均值波动不大，且拉断的最大力都在17kN以下，强度系数满足焊接基本要求，如图5所示。

图4 焊缝外侧检测

图5 焊缝力学性能

3 结论

（1）在相同条件下，在纯度为99.99%、99.995%、99.999%氩气保护下的焊出的焊缝外观无明显差异。

（2）三种焊缝内部气孔生成情况无明显差异。

（3）三种焊缝平均熔宽分别为6.7mm、6.8mm、7.0mm，平均余高为1.6mm、1.8mm、1.9mm，99.99%氩气焊缝熔宽和余高最小。

（4）纯度为99.99%、99.995%、99.999%的氩气保护下的焊缝抗拉强度约为219MPa、192.5MPa和217MPa，约为母材抗拉强度的67%、59%和66%。