CN110539059A - 一种铝合金材料的双丝mig焊接方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种铝合金材料的双丝MIG焊接方法，该方法采用预设焊接工艺参数和预设焊接坡口形式对铝合金材料待焊接部位进行焊接，所述预设焊接工艺参数具体如下：主焊机电弧电压范围在22～25V之间，主焊机焊接电流在180～230A之间，从焊机电弧电压范围在22～25V之间，主焊机焊接电流在150～190A之间，焊接速度在400～1600mm/min之间；所述预设焊接坡口形式具体为：坡口角度为40°～70°，坡口间隙为0～3mm，无钝边。该方法不仅有效避免了焊缝根部的未焊透焊接缺陷，提高了焊接接头质量，而且其焊接效率比单丝焊提高50％以上。

Description

一种铝合金材料的双丝MIG焊接方法

技术领域

本申请涉及焊接技术领域，尤其涉及一种铝合金材料的双丝MIG焊接方法。

背景技术

铁路客车的高速化代表了铁路发展的方向，而客车的轻量化是实现列车向高速发展的首要条件，采用铝合金车体材料是实现车辆轻量化的最有效途径。目前，业界在铝合金车体制造过程中大量采用单丝MIG(Metal Inert-Gas Welding，熔化极惰性气体保护焊)焊技术，由于单丝焊焊接速度较慢,导致焊接效率较低。如果提高焊接速度，易产生焊缝余高大、咬边、甚至焊缝不成形等缺陷，很难满足当今大批量高效生产优质高速列车车体的需要。

近年来，业界开发了一种双丝MIG自动焊接技术，它是将两根焊丝按一定的角度放在一个特别设计的焊枪里，两根焊丝分别由各自独立的电源供电。由于两根焊丝形成的电弧在同一个熔池中燃烧，提高了总的焊接电流，改变了热量分布特点，能向熔池的两侧提供充足的热量和液态金属，加上双丝之间又有相互的热作用，从而在较高焊速时能减少气孔、咬边、未熔合等焊接缺陷，获得较好的焊接质量。因此，双丝焊技术在铝合金车体高效化焊接方面具有重要的应用前景。

然而由于铝合金具有线膨胀系数大，导热性强、冷却速度大，化学性质活泼易形成氧化膜等特点，因此，熔化焊时容易产生未焊透的焊接缺陷，降低了铝合金焊接接头的性能。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种铝合金材料的双丝MIG焊接方法，以减少铝合金材料焊接过程中产生的焊接缺陷，提高铝合金焊接接头的性能。

为了解决上述技术问题，本申请采用了如下技术方案：

一种铝合金材料的双丝MIG焊接方法，包括：

采用预设焊接工艺参数和预设焊接坡口形式对铝合金材料待焊接部位进行焊接，所述预设焊接工艺参数具体如下：

主焊机电弧电压范围在22～25V之间，

主焊机焊接电流在180～230A之间，

从焊机电弧电压范围在22～25V之间，

从焊机焊接电流在150～190A之间，

焊接速度在400～1600mm/min之间；

所述预设焊接坡口形式具体为：

坡口角度为40°～70°，坡口间隙为0～3mm，无钝边；

其中，所述铝合金材料的厚度在4.5～25mm之间。

可选地，对铝合金材料待焊接部位进行焊接时的焊接道数为1～8道。

可选地，当铝合金材料的厚度为6±2mm时，所述预设焊接工艺参数具体为：

主机电弧电压范围在22～25V之间，

主机焊接电流范围在180～220A之间，

从机电弧电压范围在23～25V之间，

从机焊接电流范围为150～170A，

焊接速度在700～1600mm/min之间。

可选地，对铝合金材料焊接部位进行焊接的焊接坡口形式具体为：

坡口角度为50°，坡口间隙为1.0～1.5mm，无钝边。

可选地，当铝合金材料的厚度为15±2mm时，所述预设焊接工艺参数具体为：

主机焊接电流范围在200～230A之间；

主机电弧电压范围在22～25V之间；

从机焊接电流范围在160～180A之间；

从机电弧电压范围在23～25V之间；

焊接速度范围在500～1100mm/min之间。

可选地，所述对铝合金材料焊接部位进行焊接的焊接坡口形式具体为：

坡口角度为50°、坡口间隙为2.0～2.5mm、钝边量为0。

可选地，所述对铝合金材料焊接部位进行焊接时的焊接道数为4道，其中，各道焊的焊接速度分别为：

600mm/min、500mm/min、1000mm/min以及1000mm/min。

可选地，所述对铝合金材料焊接部件进行焊接的工艺参数还包括：

保护气体为纯度99.99％的氩气，气体流量为18～28L/min。

可选地，对铝合金材料待焊接部位进行焊接之前，还包括：

对铝合金材料待焊接部位进行预处理，以去除铝合金材料待焊接部位的油污和/或氧化膜。

可选地，所述对铝合金材料待焊接部位进行预处理，以去除铝合金材料待焊接部位的油污和/或氧化膜，具体包括：

利用丙酮、汽油或四氯化碳去除铝合金材料待焊接部位的油污；

利用不锈钢刷或钢丝轮去除铝合金材料待焊接部位表面的氧化膜。

相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例通过优化双丝MIG焊接方法的焊接工艺参数，不仅有效避免了焊缝根部的未焊透焊接缺陷，提高了焊接接头质量，而且其焊接效率比单丝焊提高50％以上。

附图说明

图1所示为本申请实施例提供的一种铝合金材料的双丝MIG焊接方法的流程；

图2所示为本申请实施例一提供的一种通过双丝MIG焊接方法对4mm厚铝合金材料进行焊接的效果；

图3所示为本申请实施例二提供的一种通过双丝MIG焊接方法对6mm厚铝合金材料进行焊接的效果；

图4所示为本申请实施例三提供的一种通过双丝MIG焊接方法对10mm厚铝合金材料进行焊接的效果；

图5所示为本申请实施例四提供的一种通过双丝MIG焊接方法对15mm厚铝合金材料进行焊接的效果。

具体实施方式

传统的MIG焊接方法通过两根焊丝形成的电弧在同一个熔池中燃烧，提高了总的焊接电流，改变了热量分布特点，能向熔池的两侧提供充足的热量和液态金属，加上双丝之间又有相互的热作用，从而可以在较高焊速时能减少气孔、咬边、未熔合等焊接缺陷，获得较好的焊接质量。然而在焊接铝合金材料时，由于铝合金线具有线膨胀系数大，导热性强、冷却速度大，化学性质活泼易形成氧化膜等特点，容易产生未焊透等焊接缺陷，进而降低了铝合金焊接接头的性能。

未焊透是指焊接时焊缝根部未完全熔透的现象。未焊透不仅使焊接接头的机械性能降低，而且在未焊透处的缺口和端部形成应力集中点，还会降低焊缝的疲劳性能，在一定条件下可能成为脆性断裂的裂纹源。产生未焊透的原因是：焊接电流过小、焊接速度太快等导致热输入太小；焊缝间隙和坡口角度太小，导致电弧不能作用于焊缝底部所致。此外，电弧过长、钝边太大、坡口有污物等也容易引起未焊透缺陷的发生。因此，为避免未焊透缺陷的发生，必须选择合适的焊接电流、焊接速度、电弧长度，设计合理的坡口形式以及焊前清理氧化膜和油污等措施。

为了消除铝合金双丝焊焊缝根部未焊透缺陷，以提高焊接接头的质量，本申请实施例对双丝焊工艺参数和焊接坡口形式进行了优化。

实验研究发现，焊接工艺参数中焊接电流与电弧电压是影响双丝焊熔滴过渡行为、焊缝成形以及电弧稳定性的重要参数，而焊接速度是影响焊接效率的关键因素。因此，本申请实施例选取了主、从焊机电弧电压，主、从焊机焊接电流以及焊接速度五个因素并确定了四个水平数值，即正交参数表为L16(45)。通过观察双丝焊熔滴过渡行为、焊缝成形、电弧稳定性和熔深情况，发现，对于厚度在4.5～25mm之间的铝合金材料，当主焊机电弧电压范围在22～25V之间，主焊机焊接电流在180～230A之间，从焊机电弧电压范围在22～25V之间，从焊机焊接电流在150～190A之间，焊接速度在400～1600mm/min之间时，熔滴过渡为电弧稳定的射滴过渡形式，焊缝成形良好，飞溅小，并具有一定的熔深。

在该焊接工艺参数及合理的焊接坡口形式下，可实现焊缝根部的熔透。作为示例，合理的焊接坡口形式具体可以为：坡口角度为40°～70°，坡口间隙为0～3mm，无钝边。

经过多次实验验证，在上述焊接工艺参数及焊接坡口形式下，不仅有效避免了焊缝根部的未焊透焊接缺陷，提高了焊接接头质量，而且其焊接效率比单丝焊提高50％以上。

为了更加清楚地理解本申请实施例提供的铝合金材料的双丝MIG焊接方法，下面结合附图对本申请实施例提供的铝合金材料的双丝MIG焊接方法进行介绍。

图1所示为本申请实施例提供的一种铝合金材料的双丝MIG焊接方法的流程，该方法包括：

S101：对铝合金材料待焊接部位进行预处理。

金属铝化学性质比较活泼，容易被氧化，形成氧化膜。然而氧化膜和油污会对焊接过程产生一定影响，影响焊接效果。为此，可以对铝合金材料焊接部位进行预处理，以去除铝合金材料待焊接部位的油污和/或氧化膜。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，可以先利用丙酮、汽油或四氯化碳去除铝合金材料待焊接部位的油污，再利用不锈钢刷或钢丝轮去除铝合金材料待焊接部位表面的氧化膜。

S102：按照预设焊接工艺参数和预设焊接坡口形式对铝合金材料进行焊接。

需要说明，预设焊接工艺参数和预设焊接坡口形式可以为预先经过多次实验验证的具有良好焊接效果的焊接工艺参数和焊接坡口形式。在本申请实施例中，所述良好焊接效果是指能够消除铝合金双丝焊焊缝根部未焊透缺陷。

需要说明，在焊接过程中，焊接工艺参数和焊接坡口形式会相互作用影响焊接效果。也就是说，焊接效果受焊接工艺参数和焊接坡口形式等多方面的影响。因此，在选取预设焊接工艺参数和预设焊接坡口形式时，需要考虑两者的相互影响作用。而不能仅考虑其中一个因素。

发明人经过实验研究发现，焊接工艺参数中焊接电流与电弧电压是影响双丝焊熔滴过渡行为、焊缝成形以及电弧稳定性的重要参数，而焊接速度是影响焊接效率的关键因素。因此，本申请实施例所述的焊接工艺参数中至少包括：主、从焊机电弧电压，主、从焊机焊接电流以及焊接速度等5个焊接工艺参数。

针对这些焊接工艺参数可以分别设置多个水平数值，例如可以为4个水平数值。为了便于理解，对水平数值进行简单的举例说明，主焊机电弧电压范围在21～25V之间，可以确定主焊机电弧电压的4个水平数值可以为21～22V、22～23V、23～24V、以及24～25V。通过对不同水平数值下的工艺参数组合下的双丝焊熔滴过渡行为、焊缝成形、电弧稳定性和熔深情况进行比较，可以得到焊接效果较好、焊接效率较高的工艺参数范围。

类似的，可以设计不同的焊接坡口形式，观察焊缝根部的熔透情况，在合理的焊接坡口形式下，可填满焊缝，并保证焊缝根部的熔透。基于此，可以通过比较不同焊接坡口形式下的焊接效果，得到可以填满焊缝、保证焊缝根部熔透的焊接坡口形式设置。

针对厚度在4.5～25mm的铝合金材料，实验验证按照如下条件进行焊接，可以消除双丝焊焊缝根部未焊透缺陷。：

焊接工艺参数可以为：主焊机电弧电压范围在22～25V之间，主焊机焊接电流在180～230A之间，从焊机电弧电压范围在22～25V之间，主焊机焊接电流在150～190A之间，焊接速度在400～1600mm/min之间。

焊接坡口形式可以为：坡口角度为40°～70°，坡口间隙为0～3mm，无钝边。

可以理解，对铝合金材料进行焊接时可以为一道焊接，也可以为多道焊接。在本申请实施例一些可能的实现方式中，对铝合金材料待焊接部位进行焊接时的焊接道数可以为1～8道。为了提高焊接接头质量，对于较厚的焊接材料，可以采用较多的焊接道数。

另外，焊接效果还与焊接材料的厚度相关，因此，为了达到较好的焊接效果，针对不同厚度的铝合金材料，需要采用与铝合金材料相适应的焊接工艺参数和/或焊接坡口形式。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，当铝合金材料的厚度为6±2mm时，预设焊接工艺参数可以为主机电弧电压范围在22～25V之间，主机焊接电流范围在180～220A之间，从机电弧电压范围在23～25V之间，从机焊接电流范围为150～170A，焊接速度在700～1600mm/min之间。与该焊接工艺参数相适应，对铝合金材料焊接部位进行焊接的焊接坡口形式可以为：坡口角度为50°，坡口间隙为1.0～1.5mm，无钝边。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，当铝合金材料的厚度为15±2mm时，预设焊接工艺参数可以为，主机焊接电流范围在200～230A之间；主机电弧电压范围在22～25V之间；从机焊接电流范围在160～180A之间；从机电弧电压范围在23～25V之间；焊接速度范围在500～1100mm/min之间。与该焊接工艺参数相适应，对铝合金材料焊接部位进行焊接的焊接坡口形式可以为：坡口角度为50°，坡口间隙为2.0～2.5mm，钝边量为0。其中，对铝合金材料焊接部位进行焊接时的焊接道数可以为4道，在本申请实施例一些可能的实现方式中，各道焊的焊接速度可以为：600mm/min、500mm/min、1000mm/min以及1000mm/min。

由于本申请实施例采用的双丝MIG焊接方法属于一种在惰性气体环境中进行焊接的方法，因此，对铝合金材料焊接部件进行焊接的工艺参数还包括：保护气体为纯度99.99％的氩气，气体流量为18～28L/min。作为本申请的一具体实施例，气体流量可以为25L/min。

此外，作为示例，焊接采用的焊丝可以为直径Φ1.2mm的ER5356铝镁合金焊丝。

S103：检验焊接接头的焊缝根部的熔透情况。

在对铝合金材料进行焊接之后，还可以检验焊接效果，以确定是否符合需求。在本申请实施例中，可以检验焊接接头的焊缝根部的熔透情况以确定焊接效果。在本申请实施例一些可能的实现方式中，可以采用体视显微镜观察焊缝根部的熔透情况。

本申请实施例通过优化双丝MIG焊接方法的焊接工艺参数，不仅有效避免了焊缝根部的未焊透焊接缺陷，提高了焊接接头质量，而且其焊接效率比单丝焊提高50％以上。

为了使本申请实施例提供的焊接方法及其有益效果更清楚，本申请提供了如下实施例。

实施例一

母材：4mm厚7N01铝合金材料。

焊接技术：单面一道双丝焊。

焊接工艺具体如下：

焊接前预处理：焊前先用丙酮、汽油或四氯化碳去除铝合金待焊部位的油污，然后用不锈钢刷或钢丝轮去除待焊部位表面的氧化膜。

焊接工艺参数：主机焊接电流180A、主机电弧电压22.5V，从机焊接电流158A、从机电弧电压23.0V，焊接速度为1150mm/min，气体流量20L/min。

焊接坡口形式：坡口角度50°、坡口间隙0mm、无钝边。

焊接性能如下：

焊接接头宏观金相检验：焊缝根部熔透良好，见图2所示。

焊接效率与接头性能对比：双丝MIG焊与常规MIG焊在焊接效率、焊接接头的抗拉强度和疲劳强度方面对比试验结果，如表1所示。可见，4mm厚铝合金双丝MIG焊的焊接效率比常规MIG焊提高了64.3％，而焊接接头的抗拉强度和疲劳强度优于常规MIG焊。

表1 4mm厚铝合金双丝MIG焊与常规MIG焊在焊接效率与性能方面对比

实施例二

母材：6mm厚7N01铝合金材料。

焊接技术：单面一道双丝焊。

焊接工艺具体如下：

焊接前预处理：焊前先用丙酮、汽油或四氯化碳去除铝合金待焊部位的油污，然后用不锈钢刷或钢丝轮去除待焊部位表面的氧化膜。

焊接工艺参数：主机焊接电流190A、主机电弧电压22.7V，从机焊接电流162A、从机电弧电压23.8V，焊接速度为750mm/min，气体流量20L/min。

焊接坡口形式：坡口角度40°、坡口间隙1.5mm、无钝边。

焊接性能如下：

焊接接头宏观金相检验：焊缝根部熔透良好，见图3所示。

焊接效率与接头性能对比：双丝MIG焊与常规MIG焊在焊接效率、焊接接头的抗拉强度和疲劳强度方面对比试验结果，如表2所示。可见，6mm厚铝合金双丝MIG焊的焊接效率比常规MIG焊提高了66.7％，而焊接接头的抗拉强度和疲劳强度优于常规MIG焊。

表2 6mm厚铝合金双丝MIG焊与常规MIG焊在焊接效率与性能方面对比

实施例三

母材：10mm厚7N01铝合金材料。

焊接技术：单面两道双丝焊。

焊接工艺具体如下：

焊接前预处理：焊前先用丙酮、汽油或四氯化碳去除铝合金待焊部位的油污，然后用不锈钢刷或钢丝轮去除待焊部位表面的氧化膜。

焊接工艺参数：主机焊接电流198A、主机电弧电压22.7V，从机焊接电流165A、从机电弧电压23.8V，焊接速度为850mm/min，气体流量25L/min。

焊接坡口形式：坡口角度50°、坡口间隙2.0mm、无钝边。

焊接性能如下：

焊接接头宏观金相检验：焊缝根部熔透良好，见图4所示。

焊接效率与接头性能对比：双丝MIG焊与常规MIG焊在焊接效率、焊接接头的抗拉强度和疲劳强度方面对比试验结果，如表3所示。可见，10mm厚铝合金双丝MIG焊的焊接效率比常规MIG焊提高了55.6％，而焊接接头的抗拉强度和疲劳强度优于常规MIG焊。

表3 10mm厚铝合金双丝MIG焊与常规MIG焊在焊接效率与性能方面对比

实施例四

母材：15mm厚7N01铝合金板材。

焊接技术：单面四道双丝焊。

焊接工艺具体如下：

焊接前预处理：焊前先用丙酮、汽油或四氯化碳去除铝合金待焊部位的油污，然后用不锈钢刷或钢丝轮去除待焊部位表面的氧化膜。

焊接工艺参数：主机焊接电流206A、主机电弧电压22.8V，从机焊接电流169A、从机电弧电压24.0V，单面焊四道焊接完成，第一道焊接速度600mm/min，第二道焊接速度500mm/min，第三、四道焊接速度1000mm/min，气体流量25L/min。

焊接坡口形式：坡口角度50°、坡口间隙2.5mm、无钝边；

焊接性能如下：

焊接接头宏观金相检验：焊缝根部熔透良好，见图5所示。

焊接效率与接头性能对比：双丝MIG焊与常规MIG焊在焊接效率、焊接接头的抗拉强度和疲劳强度方面对比试验结果，如表4所示。可见，15mm厚铝合金双丝MIG焊的焊接效率比常规MIG焊提高了52.5％，而焊接接头的抗拉强度和疲劳强度优于常规MIG焊。

表4 15mm厚铝合金双丝MIG焊与常规MIG焊在焊接效率与性能方面对比

以上为本申请实施例提供的铝合金材料的双丝MIG焊接方法的具体实现方式。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种铝合金材料的双丝MIG焊接方法，其特征在于，包括：

采用预设焊接工艺参数和预设焊接坡口形式对铝合金材料待焊接部位进行焊接，所述预设焊接工艺参数具体如下：

主焊机电弧电压范围在22～25V之间，

主焊机焊接电流在180～230A之间，

从焊机电弧电压范围在22～25V之间，

从焊机焊接电流在150～190A之间，

焊接速度在400～1600mm/min之间；

所述预设焊接坡口形式具体为：

坡口角度为40°～70°，坡口间隙为0～3mm，无钝边；

其中，所述铝合金材料的厚度在4.5～25mm之间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对铝合金材料待焊接部位进行焊接时的焊接道数为1～8道。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当铝合金材料的厚度为6±2mm时，所述预设焊接工艺参数具体为：

主机电弧电压范围在22～25V之间，

主机焊接电流范围在180～220A之间，

从机电弧电压范围在23～25V之间，

从机焊接电流范围为150～170A，

焊接速度在700～1600mm/min之间。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对铝合金材料焊接部位进行焊接的焊接坡口形式具体为：

坡口角度为50°，坡口间隙为1.0～1.5mm，无钝边。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当铝合金材料的厚度为15±2mm时，所述预设焊接工艺参数具体为：

主机焊接电流范围在200～230A之间；

主机电弧电压范围在22～25V之间；

从机焊接电流范围在160～180A之间；

从机电弧电压范围在23～25V之间；

焊接速度范围在500～1100mm/min之间。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对铝合金材料焊接部位进行焊接的焊接坡口形式具体为：

坡口角度为50°、坡口间隙为2.0～2.5mm、钝边量为0。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对铝合金材料焊接部位进行焊接时的焊接道数为4道，其中，各道焊的焊接速度分别为：

600mm/min、500mm/min、1000mm/min以及1000mm/min。

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述对铝合金材料焊接部件进行焊接的工艺参数还包括：

保护气体为纯度99.99％的氩气，气体流量为18～28L/min。

9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，对铝合金材料待焊接部位进行焊接之前，还包括：

对铝合金材料待焊接部位进行预处理，以去除铝合金材料待焊接部位的油污和/或氧化膜。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述对铝合金材料待焊接部位进行预处理，以去除铝合金材料待焊接部位的油污和/或氧化膜，具体包括：

利用丙酮、汽油或四氯化碳去除铝合金材料待焊接部位的油污；

利用不锈钢刷或钢丝轮去除铝合金材料待焊接部位表面的氧化膜。