CN103521900A - 一种高速列车用铝合金厚板的mig焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速列车用铝合金厚板的MIG焊接方法，选用ER5356焊丝和99.9%的氩气保护气体进行多道焊焊接，包括以下步骤：1)焊前对工件进行预热，预热温度为70-90℃；2)待焊工件表面处理：采用有机溶剂除去待焊工件表面的油污、灰尘，再用机械方法清洗去除待焊工件表面氧化膜；3）MIG焊接时将焊接线能量控制在7.0-9.0KJ/cm之间，环境湿度控制在≤70%，层间温度控制在70-90℃；4）焊缝缺陷检查：每焊接一道即对焊缝进行检查，对检查出的焊接气孔用钢丝刷或风铲去除后再进行下一道焊接。本发明的优点在于其不仅可以大幅降低薄板铝合金焊接接头气孔焊接热裂纹数量，而且焊缝成形良好、焊接变形量小、焊接接头强度高，从而有效提升高速列车用铝合金厚板的MIG焊接品质，保证焊接质量稳定性。

Description

一种高速列车用铝合金厚板的MIG焊接方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域。更具体地，本发明涉及一种高速列车用铝合金厚板的MIG焊接方法。

背景技术

随着近年来高速铁路行业的快速发展，轨道车辆用铝合金的焊接成为新的研究热点。铝合金作为高速动车组制造的关键材料，铝合金焊接品质是决定高速列车长期安全运行的基础，对于提高高速列车的运行寿命具有重要意义。作为高速列车车体制造的关键工艺，铝合金的焊接有着非常重要的地位。如何提高铝合金的焊接品质成为铝合金车体制造中的关键。铝合金薄壁焊接结构重量轻、耐腐蚀、加工性能优异、易于连接而在高速列车车体大量应用。由于铝合金的热膨胀系数大、弹性模量小，焊接变形问题相当突出，严重影响结构的制造精度和使用性能。铝合金车体用薄板自身拘束度小，再加上铝合金热膨胀系数较大，传统的热输入量较大的焊接方法容易出现熔池下塌或烧穿，容易产生难以矫正的波浪变形。现阶段，我国高速列车生产厂家大量引进国外先进焊接设备，但对大型铝合金车体薄板的MIG焊接的理论研究较少，缺乏指导生产的相关方面理论，导致焊接产品质量稳定性差。

现有技术中关于铝合金的焊接特性表明其焊接难点在于：（1）极易氧化。在空气中，铝容易同氧化合，生成致密的三氧化二铝薄膜（厚度约0．1－0．2μm），熔点高（约2050℃），远远超过铝及铝合金的熔点（约600℃左右）。氧化铝薄膜的表面易吸附水分，焊接时，它阻碍基本金属的熔合，极易形成气孔、夹渣、未熔合等缺陷，引起焊缝性能下降。（2）易产生气孔。铝和铝合金焊接时产生气孔的主要原因是氢，由于液态铝可溶解大量的氢，而固态铝几乎不溶解氢，因此当熔池温度快速冷却与凝固时，氢来不及逸出，容易在焊缝中聚集形成气孔。（3）焊缝变形和形成裂纹倾向大。铝的线膨胀系数和结晶收缩率约比钢大两倍，易产生较大的焊接变形的内应力，对刚性较大的结构将促使热裂纹的产生。（4）合金元素的蒸发的烧损。铝合金中含有低沸点的元素（如镁、锌、锰等），在高温电弧作用下，极易蒸发烧损，从而改变焊缝金属的化学成分，使焊缝性能下降。

现有技术一般是使用常规方法来焊接高速列车用铝合金厚板。实践表明，使用常规方法进行MIG焊接，其质量很难保证。主要表现在：一是易产生裂纹。裂纹形式有纵向裂纹、横向裂纹（往往扩展到基体金属），还有根部裂纹、弧坑裂纹等等。裂纹将使结构强度降低，甚至引起整个结构的突然破坏，因此是完全不允许的。二是焊接气孔较多。按其种类，铝焊缝中的气孔主要有表面气孔、弥散气孔、局部密集气孔、单个大气孔、根部链状气孔、柱状气孔等。气孔不但会降低焊缝的致密性，减小接头的承载面积，而且使接头的强度、塑性降低，特别是冷弯角和冲击韧性降低更多，必须加以防止。三是易出现未熔合现象。未熔合即是熔焊时，焊道与母材间或焊道与焊道之间，未完全熔化结合的部分。由于这些缺陷的存在，影响了高速列车铝合金车体的总体质量，对高速列车行车安全构成了隐患，必须全力予以克服。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术所存在的不足，提供一种高速列车用铝合金厚板的MIG焊接方法，其不仅可以大幅降低铝合金厚板焊接接头气孔焊接热裂纹数量，而且焊缝成形良好、焊接变形量小、焊接接头强度高，从而有效提升高速列车用铝合金厚板的MIG焊接品质，保证焊接质量稳定性。

本发明实现上述发明目的所采取的技术方案是：一种高速列车用铝合金厚板的MIG焊接方法，其特征在于选用ER5356焊丝和99.9%的氩气保护气体进行多道焊焊接，包括以下步骤：1) 焊前对工件进行预热，预热温度为70-90℃；2)待焊工件表面处理：采用有机溶剂除去待焊工件表面的油污、灰尘，再用机械方法清洗去除待焊工件表面氧化膜； 3）MIG焊接时将焊接线能量控制在7.0-9.0KJ/cm之间，环境湿度控制在≤70%，层间温度控制在70-90℃；4）焊缝缺陷检查：每焊接一道即对焊缝进行检查，对检查出的焊接气孔用钢丝刷或风铲去除后再进行下一道焊接。

进一步的，所述步骤1)中有机溶剂为汽油或丙酮或三氯乙烯或四氯化碳。

进一步的，所述步骤1)中清洗去除待焊工件表面氧化膜的工序采用不锈钢丝或铜丝轮、刷将待焊工件的坡口及其两侧氧化膜清除。

在本发明中，焊丝是影响焊缝金属成分、液相线温度、组织、固相线温度、焊缝金属及近缝区母材的抗热裂性、耐腐蚀性及常温或高温低温下力学性能的重要因素。当铝材焊接性不良，出现裂纹，焊接接头力学性能不良或者焊接结构出现脆性断裂时，改用适当的焊丝而不改变焊件设计和工艺条件常常是必要、可行和有效的技术措施。结合本发明的工艺调整，本发明选用ER5356焊丝。考虑到气孔的产生是由于氢在熔池金属中的可溶性引起的，其溶解度与熔池的体积和冷却时间成正比。金属表面的氧化膜（如Al₂O₃）在焊接过程中会溶解到熔池中，导致气孔的产生和焊缝的脆化，焊前通过机械或化学方法除去这些氧化膜。试验表明，在用小线能量（3.0-3.5KJ/cm）、焊前不预热和焊中层间温度为冷却到室温时的铝合金MIG焊接接头的X射线探伤结果为C级，而应用本发明的线能量（7.0-9.0KJ/cm）、焊前预热温度为70-90℃和焊中层间温度也为70-90℃，并结合焊前工件表面清理，焊中层间气孔去除等措施使得铝合金MIG焊接接头的X射线探伤结果提升为B级，铝合金MIG焊接的焊接气孔是不可避免的，所以A级探伤结果是不可能的，可见应用本发明MIG焊接后的厚板铝合金焊接接头的X射线探伤等级可达到最高。经由大量的工艺试验可知，采用本发明进行焊接的MIG焊接头焊缝组织主要由α（Al）+β（Mg2 Al3构成，且焊缝区域晶粒粗大，排列混乱。接头抗拉强度大于母材的82.5%，焊缝硬度值在60～70HV之间，HAZ有软化区。焊接头弯曲试验正弯、背弯角度均达到180°，各项指标均明显优于常规MIG焊接方法。综上所述，本发明将焊前清理和焊中的线能量控制及焊后缺陷检查制成一体：将焊前预热温度控制在70-90℃之间和焊接线能量控制在7.0-9.0KJ/cm之间会大幅降低薄板铝合金焊接接头气孔焊接热裂纹数量，而且会使焊缝成形良好；层间温度控制在70-90℃之间会使焊接变形量小、接头气孔数量降低，焊缝组织均匀细密，总之本发明对焊前预热温度、焊接线能量和焊接层间温度的严格控制使得焊接接头强度和性能均大幅度提高，从而有效提升高速列车用铝合金厚板的MIG焊接品质，保证焊接质量稳定性。

具体实施方式  

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施例：考虑到不同系列的铝合金存在着一定的差别，而不同的焊接工艺的搭配又各具特点，为了获得更好的铝合金MIG焊接质量，从焊接材料和保护气体出发，本发明选用ER5356焊丝和99.9%的氩气保护气体；

从焊接线能量、预热温度和层间温度出发，选择： 1）焊前对工件进行预热，预热温度为70-90℃；2）MIG焊接时选择7.0-9.0KJ/cm的线能量；3）层间温度控制在70-90℃；4）应用空调等除湿装置使焊接时湿度控制在≤70%。

从焊前清理和焊中除焊接气孔出发，选择：1）被焊材料的表面处理：用有机溶剂（汽油，丙酮，三氯乙烯或四氯化碳）去除油污、灰尘；采用不锈钢丝或铜丝轮、刷将被焊材料的坡口及其两侧氧化膜清除；2）每焊一道焊缝都按规定进行检查有无气孔等缺陷，对检查出的焊接气孔用钢丝刷或风铲去除后再进行下一道焊接。

采用了焊前预热和焊接时严格控制层间温度与焊接线能量并对每层焊道都进行检查的严密而有序的程序。特别地，本发明将焊接焊接线能量、焊前预热温度和焊接层间温度给出了一个十分具体且可操作性强的范围。

试验表明，焊前预热温度和焊接层间均控制在70-90℃之间、焊接线能量控制在7.0-9.0KJ/cm之间可以大量减少焊缝的气孔，使焊缝区的组织细密，熔合区的柱状晶数量减少，提高焊接质量。有机溶剂可以去处金属工件表面的油污而又不腐蚀金属，丙酮是焊接铝合金前清理工件表面油污及灰尘较为常见的有机溶剂，有时也可用汽油代替，在油污较多且难以清除时，采用三氯乙烯或四氯化碳有机溶剂，但三氯乙烯或四氯化碳成本相对较高，故常常使用丙酮有机溶剂。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (3)

1.一种高速列车用铝合金厚板的MIG焊接方法，其特征在于选用ER5356焊丝和99.9%的氩气保护气体进行多道焊焊接，包括以下步骤：1) 焊前对工件进行预热，预热温度为70-90℃；2)待焊工件表面处理：采用有机溶剂除去待焊工件表面的油污、灰尘，再用机械方法清洗去除待焊工件表面氧化膜； 3）MIG焊接时将焊接线能量控制在7.0-9.0KJ/cm之间，环境湿度控制在≤70%，层间温度控制在70-90℃；4）焊缝缺陷检查：每焊接一道即对焊缝进行检查，对检查出的焊接气孔用钢丝刷或风铲去除后再进行下一道焊接。

2.根据权利要求1所述的一种高速列车用铝合金厚板的MIG焊接方法，其特征在于所述步骤1)中有机溶剂为汽油或丙酮或三氯乙烯或四氯化碳。

3.根据权利要求1所述的一种高速列车用铝合金厚板的MIG焊接方法，其特征在于所述步骤1)中清洗去除待焊工件表面氧化膜的工序采用不锈钢丝或铜丝轮、刷将待焊工件的坡口及其两侧氧化膜清除。