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铝合金压铸焊接气孔形成原因分析

时间:2021年04月27日 10:45

铝合金压铸在焊接时,焊接接头产生的气孔种类主要是氢气孔。氢气孔产生的原因是焊接时,焊接材料和焊接接头处母材在高温下熔化形成熔池,由于这些熔化金属形成的熔池温度极高,氢的溶解度随温度急剧升高,从而熔池内会溶入大量的氢。当电弧离去时,熔池温度迅速下降,这时氢的溶解度随温度下降急剧减小,就会有大量的氢溢出,但由于铝结晶速度较块,并且铝合金密度小,形成的气泡在熔池中受到的浮力较小,上浮速度慢,熔池结晶结束后,还会有许多气泡来不及浮出,滞留在焊缝中形成气孔。

在铝合金焊接时氢气主要可通过焊接环境、保护气体纯度、焊接母材、焊丝选择和焊接工艺参数制定等途径进入焊缝,通过分析压铸铝合金在采用多组焊接工艺参数进行试验后均存在气孔缺陷,可排除焊接工艺参数影响。因此将针对其它因素开展以下相关试验,具体如下。

1 焊前母材表面打磨量

为了确定焊前母材表面打磨量是否是导致焊缝产生气孔的原因,对压铸铝合金按表3打磨量进行焊接,工艺参数为,MIG 焊接,填充材料ER5356,焊接电流80A ~ 100A,焊接速度8mm/s ~ 12mm/s,保护气体流量18L /min~22L /min。对焊缝进行目视、渗透和低倍检测,如图3所示,压铸铝合金不同打磨量焊后均存在气孔缺陷,说明焊前母材表面打磨量对压铸铝合金焊接气孔的影响不大。

2 不同焊丝

采用ER4043 和ER5183 焊丝进行试验,选择不同工艺参数进行焊接,MIG 焊接,填充材料分别为ER4043 和ER5183,焊接电流60A ~ 80A,焊接速度8mm/s~ 12mm/s,保护气体流量18L /min ~ 22L /min。经过目视、渗透、焊缝余高打磨后内部检验,检验结果如图4所示,发现两种焊丝在不同工艺参数下,与采用ER5356 焊丝一样,压铸铝合金焊缝均存在气孔缺陷,结果说明不同焊丝不会避免焊缝气孔产生。

为进一步确认焊丝是否是导致焊缝产生气孔的原因,进行了压铸铝合金TIG 自熔焊接试验,工艺参数如表4所示,焊后质量如图5所示,发现采用不同焊接电流进行焊接,焊缝均存在大量气孔,因此说明否使用焊丝对压铸铝合金焊接气孔影响也不大。

3 焊接母材试验

为确定焊接母材是否是焊接气孔产生的原因,选择挤压型材6005A 和重力铸造铝合金进行对比试验,在相同的焊接环境,使用相同的焊接设备和焊接方式,进行焊接试验,具体如下: 进行6005A 型材对接焊接、6005A 型材+压铸铝合金对接焊和重力铸造铝合金对接焊,与压铸铝合金对接焊进行对比; 工艺参数为,MIG 焊接,焊丝ER5356,焊接电流70A ~ 100A,焊接速度8mm/s ~ 12mm/s,保护气体流量18L /min ~22L /min。

进行目视和余高打磨后的内部检验,压铸铝合金对接焊缝存在大量气孔; 型材对接无气孔; 压铸铝合金与型材对接存在气孔,但气孔均偏向压铸铝合金一侧。

进行目视、渗透、射线和低倍检测,重力铸造铝合金的焊缝虽存在气孔,但尺寸较小可判定为合格气孔。由此说明压铸铝合金母材可焊性较差,是产生焊接气孔的主要原因。

4 氢含量检测

由于铝的焊缝气孔主要成分是氢气,焊接过程中氢气的主要三大载体为保护气体、母材及焊丝。根据上述试验结果表明,焊接试验均采用相同的保护气体,同时选择不同的焊丝,但焊接气孔仍存在,因此影响本次试验焊接气孔的氢气主要来源于压铸铝合金母材氢含量。

为了明确压铸铝合金氢含量,选择本次试验用料压铸铝合金、挤压型材、重力铸造铝合金进行了氢含量检测,检测标准按照Q/6S 2453-2010 执行,检测结果如表5所示,表明压铸铝合金氢含量远高于挤压型材与重力铸造铝合金。

结论

( 1) 在相同的焊接环境下,改变焊接工艺参数、焊前母材表面打磨量、焊丝选择等其它焊接因素不是压铸铝合金产生焊接气孔的主要原因,主要取决于压铸铝合金母材。

( 2) 压铸铝合金母材本身氢含量高于重力铸造铝合金和挤压铝合金,其焊接气孔倾向远大于重力铸造铝合金及挤压铝合金,是焊接气孔形成的主要原因。

( 3) 铝合金焊接气孔倾向程度主要取决于母材氢含量,随着母材氢含量的增大,气孔倾向增大。

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