CN110877141A - Mig焊铝合金焊丝熔敷金属拉伸性能检验用试件制备方法 - Google Patents

Mig焊铝合金焊丝熔敷金属拉伸性能检验用试件制备方法 Download PDF

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李连胜
徐锴
黄瑞生
杨义成
邹吉鹏
聂鑫
林晓辉
齐万利
冷冰
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Abstract

一种MIG焊铝合金焊丝熔敷金属质量检验用试件制备方法，属于熔敷金属力学性能试验技术领域。本发明解决了现有技术中对铝合金焊丝熔敷金属拉伸性能检验中，因没有相关标准及文献规定试件的坡口根部间隙、坡口角度而导致检验结果准确性低的问题。选取一块垫板及两块尺寸相同的铝合金板作为母材，两块母材相对设置的一端部均搭设在垫板上且同时与垫板上表面通过焊接固定，两块母材的对接面之间形成V形坡口，其中坡口根部间隙L为10mm，坡口角度为65°。通过本申请中所述的坡口角度及坡口根部间隙，能够满足对于铝合金焊丝熔敷金属客观、科学的检验要求，同时最大限度减少焊接工作量，提高焊接效率。

Description

MIG焊铝合金焊丝熔敷金属拉伸性能检验用试件制备方法
技术领域
本发明涉及一种MIG焊铝合金焊丝熔敷金属质量检验用试件制备方法，属于熔敷金属力学性能试验技术领域。
背景技术
随着铝合金焊接构件在航空航天、轨道交通、船舶、武器装备等领域的广泛应用，这些领域对高品质铝合金焊丝的需求也与日俱增。铝合金焊丝是一种柱状且强度相对较低的柔软材料，并且在熔融时对氢溶解度极敏感，因此，它的质量很大程度决定了焊接质量、焊接工艺及焊接成形。国内外焊接相关标准及文献鲜有提出对铝合金焊丝熔敷金属质量及其试验用试板的制备要求，即明确的尺寸规格要求，GB/T 32181—2015《轨道交通焊接用铝合金线材》中仅对几个牌号的铝合金焊丝规定了技术要求，但没有规定具体的试验方法及试板尺寸规格要求，如试件的规格尺寸、坡口根部间隙的大小、坡口角度、垫板的尺寸规格等，这些都直接关系到焊缝的化学成分受母材金属过渡及金属烧损的影响，进而影响铝合金焊丝熔敷金属拉伸性能的检验结果，从而影响铝合金焊丝质量评价的准确性。
发明内容
本发明是为了解决了现有技术中对铝合金焊丝熔敷金属拉伸性能检验中，因没有相关标准及文献规定试件的坡口根部间隙、坡口角度而导致检验结果准确性低的问题，进而提供了一种MIG焊铝合金焊丝熔敷金属拉伸性能检验用试件制备方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种MIG焊铝合金焊丝熔敷金属拉伸性能检验用试件制备方法，它包括如下步骤：
步骤一、装配：选取一块垫板及两块尺寸相同的铝合金板作为母材，两块母材相对设置的一端部均搭设在垫板上且同时与垫板上表面通过焊接固定，两块母材的对接面之间形成V形坡口，其中坡口根部间隙L为10mm，坡口角度为65°；
步骤二、清理：清理坡口及垫板上表面的氧化膜，并用丙酮擦试；
步骤三、反变形处理：焊前对试件进行反变形或拘束，以防止角变形。
步骤四、预热：将试件进行预热处理，预热温度为100℃。
进一步地，所述铝合金板的长×宽×高尺寸为300×150×20mm；所述垫板的长×宽×高尺寸为300×30×10mm。
进一步地，步骤一中所选用的铝合金板为6061-T6铝合金板，焊接时选用SAl4043焊丝对两块铝合金板进行熔化极惰性气体保护焊，并保持焊接层间温度为90℃±5℃。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
通过本申请中所述的坡口角度及坡口根部间隙，能够满足对于铝合金焊丝熔敷金属客观、科学的检验要求，同时最大限度减少焊接工作量，提高焊接效率。
附图说明
图1为本申请中试件的俯视示意图；
图2为图1的左视示意图；
图3为焊接接头坡口示意图；
图4为母材微观组织示意图；
图5中(a)、(b)、(c)、(d)分别为坡口根部间隙焊缝区A、B、C、D四个位置微观组织示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～5说明本实施方式，一种MIG焊铝合金焊丝熔敷金属拉伸性能检验用试件制备方法，它包括如下步骤：
步骤一、装配：选取一块垫板1及两块尺寸相同的铝合金板作为母材2，两块母材2相对设置的一端部均搭设在垫板1上且同时与垫板1上表面通过焊接固定，两块母材2的对接面之间形成V形坡口，其中坡口根部间隙L为10mm，坡口角度为65°；
步骤二、清理：清理坡口及垫板1上表面的氧化膜，并用丙酮擦试；
步骤三、反变形处理：焊前对试件进行反变形或拘束，以防止角变形。
步骤四、预热：将试件进行预热处理，预热温度为100℃。
MIG焊即为熔化极惰性气体保护焊。选用6061-T6铝合金板作为母材、SAl 4043焊丝以及本申请制备出的坡口根部间隙L为10mm，坡口角度为65°的试件，进行MIG焊，其中，SAl 4043焊丝熔敷金属化学成分见表1，焊接参数见表2，
表1化学成分(质量分数％)
Figure BDA0002305357930000021
表2焊接工艺参数
Figure BDA0002305357930000022
焊接完成后，如图3所示，A点为试件横向中心线与纵向中心线的交点位置；B点为在横向中心线上距离A点2mm距离的位置；C点为在横向中心线距离A点5mm距离的位置；D点为横向中心线与熔合线交点位置。母材显微组织如图4所示，该材料属于变形铝合金(Al-Mg-Si系，其主要由α-Al固溶体、呈颗粒状的Si单质及弥散分布的Mg2Si组成，同时还残留有少量黑色点状的Mg2Si初晶。
分别对A、B、C、D四个位置进行焊缝金属化学成分结果分析、微观组织分析、能谱分析以及XRD物相分析，具体分析结果如下：
(1)、A、B、C、D四个位置焊缝金属化学成分分析结果如表3所示，从表3中可以看出，A点位置远离母材金属，与表1中熔敷金属化学成分几乎一致，表明其受母材对其过渡影响较小，数值接近；B点位置距离A点位置2mm，仍然远离母材金属，数值保持接近，其中，Si含量略微比A点位置数值高，这是由于A点位置为焊缝中心位置，是熔池最后凝固结晶区域，该区域重熔次数最多，低熔点金属元素烧损严重；C点位置距离A点5mm的位置，该处位置也是以A点为圆心的熔敷金属力学性能Φ10mm圆形拉棒试样的外径边界，仍与表1中焊缝金属化学成分保持一致；D点取样位置位于焊缝熔合线，该区域是典型的液固共存区，金属元素在该区域的扩散过程极为复杂：铝合金焊丝在电弧作用下温度高度1400～1600℃，由于高温环境下该区域存在液-液、固-固、液-固之间的元素扩散过程，使得元素在这些区域的扩散存在极大的差异和不确定性；此外高温瞬态电弧热源是元素扩散的驱动力，其过程的瞬态性决定了熔合线区域所在位置也存在一定的偶然性，母材自身成分不均匀等因素，均会导致该区域的化学成分不确定。
表3焊缝金属化学成分分析结果
Figure BDA0002305357930000031
(2)、A、B、C、D四个位置微观组织分析结果如图5(a)、(b)、(c)、(d)所示，由图中可以看出A点共晶含量约为12.57％，B共晶含量约为13.15％，C点、D点共晶含量分别为12.29％与10.38％。
(3)、A、B、C、D四个位置能谱分析结果如下：
从焊缝中心位置处到熔合线附近Si元素含量呈现逐渐降低的趋势；而当根部间隙为10mm时，在C点位置处Si含量的质量分数分别为3.54％，和实际熔敷金属的含量较为接近。
Mg含量的整体分布趋势和Si含量的分布趋势恰好相反，随着远离焊缝中心位置，Mg含量逐渐增加，这主要是由于母材和熔敷金属的Mg含量相差较大，发生了金属过渡导致。当根部间隙为10mm，其C点位置处的焊缝金属Mg含量为0.18％，同熔敷金属的Mg含量较为接近。
(4)、A、B、C、D四个位置XRD物相分析结果如下：
焊缝金属主要由共晶Al+Al3.21Si0.47及Si相构成，没有明显的Mg2Si峰出现。由于焊接过程中形成的熔池冷却速度快，易形成共晶组织，晶界位置存在少量析出；焊缝金属中Si元素含量较高，且Si原子半径相对较大，扩散速度较慢，存在富集区，亦有利于Al3.21Si0.47及Si相析出，从能量分布看，也与上述分析数据吻合。而Mg元素主要来源于母材，根部间隙10mm的含量相对较低，也同时验证说明了这种间隙的母材向焊缝金属过渡金属较少。
根据上述分析结果可以看到，通过本申请中所述的坡口角度及坡口根部间隙，能够满足对于铝合金焊丝熔敷金属客观、科学的检验要求，同时最大限度减少焊接工作量，提高焊接效率。
若试件温度超出要求的预热温度，应在静态大气中冷却至要求预热温度，即100℃。
步骤三中对试件进行的反变形约束的方法采用现有技术即可，此处不再缀述。
所述铝合金板的长×宽×高尺寸为300×150×20mm；所述垫板的长×宽×高尺寸为300×30×10mm。
步骤一中所选用的铝合金板为6061-T6铝合金板，焊接时选用SAl4043焊丝对两块铝合金板进行熔化极惰性气体保护焊，并保持焊接层间温度为90℃±5℃。若因故须中断焊接，应将试件在静态大气中冷却至室温。重新焊接时，试件应加热到步骤五中的焊接层间温度。采用的焊接工艺参数为：焊丝的直径为1.2mm，焊接电流为245A，电弧电压为25.4V，焊接速度为6.1m·min-1，保护气体为99.9％Ar，保护气体流量为20L·min-1，干伸长为15mm，送丝速度为12m·min-1。

Claims (3)

1.一种MIG焊铝合金焊丝熔敷金属拉伸性能检验用试件制备方法，其特征在于：它包括如下步骤：
步骤一、装配：选取一块垫板(1)及两块尺寸相同的铝合金板作为母材(2)，两块母材(2)相对设置的一端部均搭设在垫板(1)上且同时与垫板(1)上表面通过焊接固定，两块母材(2)的对接面之间形成V形坡口，其中坡口根部间隙L为10mm，坡口角度为65°；
步骤二、清理：清理坡口及垫板(1)上表面的氧化膜，并用丙酮擦试；
步骤三、反变形处理：焊前对试件进行反变形或拘束，以防止角变形。
步骤四、预热：将试件进行预热处理，预热温度为100℃。
2.根据权利要求1所述的MIG焊铝合金焊丝熔敷金属拉伸性能检验用试件制备方法，其特征在于：所述铝合金板的长×宽×高尺寸为300×150×20mm；所述垫板的长×宽×高尺寸为300×30×10mm。
3.根据权利要求1或2所述的MIG焊铝合金焊丝熔敷金属拉伸性能检验用试件制备方法，其特征在于：步骤一中所选用的铝合金板为6061-T6铝合金板，焊接时选用SAl4043焊丝对两块铝合金板进行熔化极惰性气体保护焊，并保持焊接层间温度为90℃±5℃。
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