一種高速列車用鋁合金薄板的mig焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高速列車用鋁合金薄板的MIG焊接方法，其特征在于選用ER5356焊絲和99.9%的氬氣保護氣體進行單道焊焊接，包括以下步驟：1)待焊工件表面處理：待焊工件工件不預(yù)熱而直接采用有機溶劑除去待焊工件表面的油污、灰塵，再用機械方法清洗去除待焊工件表面氧化膜；2)MIG焊接時將焊接線能量控制在4.0-5.0KJ/cm之間，環(huán)境濕度控制在≤70%；3）焊縫缺陷檢查：對焊后工件氣孔缺陷用鋼絲刷或風(fēng)鏟去除。本發(fā)明的優(yōu)點在于其不僅可以大幅降低薄板鋁合金焊接接頭氣孔焊接熱裂紋數(shù)量，而且焊縫成形良好、焊接變形量小、焊接接頭強度高，從而有效提升高速列車用鋁合金薄板的MIG焊接品質(zhì)，保證焊接質(zhì)量穩(wěn)定性。
【專利說明】一種高速列車用鋁合金薄板的MIG焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接【技術(shù)領(lǐng)域】。更具體地，本發(fā)明涉及一種高速列車用鋁合金薄板的MIG焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近年來高速鐵路行業(yè)的快速發(fā)展，軌道車輛用鋁合金的焊接成為新的研究熱點。鋁合金作為高速動車組制造的關(guān)鍵材料，鋁合金焊接品質(zhì)是決定高速列車長期安全運行的基礎(chǔ)，對于提聞聞速列車的運行壽命具有重要意義。作為聞速列車車體制造的關(guān)鍵工藝，鋁合金的焊接有著非常重要的地位。如何提高鋁合金的焊接品質(zhì)成為鋁合金車體制造中的關(guān)鍵。鋁合金薄壁焊接結(jié)構(gòu)重量輕、耐腐蝕、加工性能優(yōu)異、易于連接而在高速列車車體大量應(yīng)用。由于鋁合金的熱膨脹系數(shù)大、彈性模量小，焊接變形問題相當(dāng)突出，嚴重影響結(jié)構(gòu)的制造精度和使用性能。鋁合金車體用薄板自身拘束度小，再加上鋁合金熱膨脹系數(shù)較大，傳統(tǒng)的熱輸入量較大的焊接方法容易出現(xiàn)熔池下塌或燒穿，容易產(chǎn)生難以矯正的波浪變形?，F(xiàn)階段，我國高速列車生產(chǎn)廠家大量引進國外先進焊接設(shè)備，但對大型鋁合金車體薄板的MIG焊接的理論研究較少，缺乏指導(dǎo)生產(chǎn)的相關(guān)方面理論，導(dǎo)致焊接產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于鋁合金的焊接特性表明其焊接難點在于:(1)極易氧化。在空氣中，鋁容易同氧化合，生成致密的三氧化二鋁薄膜(厚度約0.1-0.2μπι)，熔點高(約2050°C)，遠遠超過鋁及鋁合金的熔點(約600°C左右)。氧化鋁薄膜的表面易吸附水分，焊接時，它阻礙基本金屬的熔合，極易形成氣孔、夾渣、未熔合等缺陷，引起焊縫性能下降。(2)易產(chǎn)生氣孔。鋁和鋁合金焊接時產(chǎn)生氣孔的主要原因是氫，由于液態(tài)鋁可溶解大量的氫，而固態(tài)鋁幾乎不溶解氫，因此當(dāng)熔池溫度快速冷卻與凝固時，氫來不及逸出，容易在焊縫中聚集形成氣孔。(3)焊縫變形和形成裂紋傾向大。鋁的線膨脹系數(shù)和結(jié)晶收縮率約比鋼大兩倍，易產(chǎn)生較大的焊接變形的內(nèi)應(yīng)力，對剛性較大的結(jié)構(gòu)將促使熱裂紋的產(chǎn)生。(4)合金元素的蒸發(fā)的燒損。鋁合金中含有低沸點的元素(如鎂、鋅、錳等)，在高溫電弧作用下，極易蒸發(fā)燒損，從而改變焊縫金屬的化學(xué)成分，使焊縫性能下降。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)一般是使用常規(guī)方法來焊接高速列車用鋁合金薄板。實踐表明，使用常規(guī)方法進行MIG焊接，其質(zhì)量很難保證。主要表現(xiàn)在:一是易產(chǎn)生裂紋。裂紋形式有縱向裂紋、橫向裂紋(往往擴展到基體金屬)，還有根部裂紋、弧坑裂紋等等。裂紋將使結(jié)構(gòu)強度降低，甚至引起整個結(jié)構(gòu)的突然破壞，因此是完全不允許的。二是焊接氣孔較多。按其種類，鋁焊縫中的氣孔主要有表面氣孔、彌散氣孔、局部密集氣孔、單個大氣孔、根部鏈狀氣孔、柱狀氣孔等。氣孔不但會降低焊縫的致密性，減小接頭的承載面積，而且使接頭的強度、塑性降低，特別是冷彎角和沖擊韌性降低更多，必須加以防止。三是易出現(xiàn)未熔合現(xiàn)象。未熔合即是熔焊時，焊道與母材間或焊道與焊道之間，未完全熔化結(jié)合的部分。由于這些缺陷的存在，影響了高速列車鋁合金車體的總體質(zhì)量，對高速列車行車安全構(gòu)成了隱患，必須全力予以克服。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種高速列車用鋁合金薄板的MIG焊接方法，其不僅可以大幅降低薄板鋁合金焊接接頭氣孔焊接熱裂紋數(shù)量，而且焊縫成形良好、焊接變形量小、焊接接頭強度高，從而有效提升高速列車用鋁合金薄板的MIG焊接品質(zhì)，保證焊接質(zhì)量穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明實現(xiàn)上述發(fā)明目的所采取的技術(shù)方案是:一種高速列車用鋁合金薄板的MIG焊接方法，選用ER5356焊絲和99.9%的氬氣保護氣體進行單道焊焊接，包括以下步驟:I)待焊工件表面處理:待焊工件工件不預(yù)熱而直接采用有機溶劑除去待焊工件表面的油污、灰塵，再用機械方法清洗去除待焊工件表面氧化膜；2)MIG焊接時將焊接線能量控制在
4.0-5.0KJ/cm之間，環(huán)境濕度控制在< 70% ;3)焊縫缺陷檢查:對焊后工件氣孔缺陷用鋼絲刷或風(fēng)鏟去除。
[0007]進一步的，所述步驟I)中有機溶劑為汽油或丙酮或三氯乙烯或四氯化碳。
[0008]進一步的，所述步驟I)中清洗去除待焊工件表面氧化膜的工序采用不銹鋼絲或銅絲輪、刷將待焊工件的坡口及其兩側(cè)氧化膜清除。
[0009]在本發(fā)明中，由于采取單道焊焊接，故而沒有層間溫度，不需要對層間溫度進行控制，也不需要清除層間焊接氣孔，故而不需要進行預(yù)熱，從而減少了工序，提高了生產(chǎn)效率。焊絲是影響焊縫金屬成分、液相線溫度、組織、固相線溫度、焊縫金屬及近縫區(qū)母材的抗熱裂性、耐腐蝕性及常溫或高溫低溫下力學(xué)性能的重要因素。當(dāng)鋁材焊接性不良，出現(xiàn)裂紋，焊接接頭力學(xué)性能不良或者焊接結(jié)構(gòu)出現(xiàn)脆性斷裂時，改用適當(dāng)?shù)暮附z而不改變焊件設(shè)計和工藝條件常常是必要、可行和有效的技術(shù)措施。結(jié)合本發(fā)明的工藝調(diào)整，本發(fā)明選用ER5356焊絲?？紤]到氣孔的產(chǎn)生是由于氫在熔池金屬中的可溶性引起的，其溶解度與熔池的體積和冷卻時間成正比。金屬表面的氧化膜(如Al2O3)在焊接過程中會溶解到熔池中，導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生和焊縫的脆化，焊前通過機械或化學(xué)方法除去這些氧化膜。試驗表明，在焊前試件不進行預(yù)熱時，用小線能量(3.0-3.5KJ/cm)時的鋁合金MIG焊接接頭的X射線探傷結(jié)果為C級，而應(yīng)用本發(fā)明的線能量(4.0-5.0KJ/cm)，并結(jié)合焊前工件表面清理和控制焊接環(huán)境濕度等措施使得鋁合金MIG焊接接頭的X射線探傷結(jié)果提升為B級，鋁合金MIG焊接的焊接氣孔是不可避免的，所以A級探傷結(jié)果是不可能的，可見應(yīng)用本發(fā)明MIG焊接后的薄板鋁合金焊接接頭的X射線探傷等級可達到最高。經(jīng)由大量的工藝試驗可知，采用本發(fā)明進行焊接的MIG焊接頭焊縫組織主要由α (Α1)+β (Mg2 Α13構(gòu)成，且焊縫區(qū)域晶粒粗大，排列混亂。接頭抗拉強度大于母材的82.5%，焊縫硬度值在60?70HV之間，HAZ有軟化區(qū)。焊接頭彎曲試驗正彎、背彎角度均達到180°，各項指標(biāo)均明顯優(yōu)于常規(guī)MIG焊接方法。綜上所述，本發(fā)明將焊前清理和焊中的線能量控制及焊后缺陷檢查制成一體，大幅降低薄板鋁合金焊接接頭氣孔焊接熱裂紋數(shù)量，而且焊縫成形良好、焊接變形量小、焊接接頭強度高，從而有效提升高速列車用鋁合金薄板的MIG焊接品質(zhì)，保證焊接質(zhì)量穩(wěn)定性。
[0010]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)其獨特創(chuàng)新之處在于:在焊前清渣、除濕等準(zhǔn)備工作達到要求后，通過對焊接線能量及環(huán)境濕度的控制可直接完成施焊。與其他焊接方法相比本發(fā)明省去了焊前對鋁合金薄板預(yù)熱的工序；與焊條電弧焊相比，MIG焊接高速列車用鋁合金薄板時可以連續(xù)送絲，節(jié)省材料加工時，生產(chǎn)效率高；與無極氬弧焊相比，MIG焊接高速列車用鋁合金薄板時熔深較大，可以采用單道焊，減少焊接層數(shù)，降低焊接缺陷，節(jié)省工時。
[0011]【具體實施方式】
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0012]實施例:考慮到不同系列的鋁合金存在著一定的差別，而不同的焊接工藝的搭配又各具特點，為了獲得更好的鋁合金MIG焊接質(zhì)量，從焊接材料和保護氣體出發(fā)，本發(fā)明選用ER5356焊絲和99.9%的氬氣保護氣體，ER5356焊絲是鋁鎂合金焊絲，對不同系列鋁合金(尤其是5系、6系和7系列鋁合金)焊接適應(yīng)性廣，用途廣泛，強度高，有良好的抗腐蝕性；99.9%的氬氣保護氣體可以更好的保護熔池不被活性氣體侵入而氧化，而且使得焊接電弧穩(wěn)定、焊接飛濺小。
[0013]從焊接線能量、預(yù)熱溫度和層間溫度出發(fā)，選擇I)焊前對工件不進行預(yù)熱；2)MIG焊接時選擇4.0-5.0KJ/cm的線能量；3)應(yīng)用空調(diào)等除濕裝置使焊接時濕度控制在< 70%。
[0014]從焊前清理和焊中除焊接氣孔出發(fā)，選擇:1)被焊材料的表面處理:用有機溶劑(汽油，丙酮，三氯乙烯或四氯化碳)去除油污、灰塵；采用不銹鋼絲或銅絲輪、刷將被焊材料的坡口及其兩側(cè)氧化膜清除。2)焊后按規(guī)定進行檢查有無氣孔等缺陷，如有立即用鋼絲刷或風(fēng)鏟去除。
[0015]顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。
【權(quán)利要求】
1.一種高速列車用鋁合金薄板的MIG焊接方法，其特征在于選用ER5356焊絲和99.9%的氬氣保護氣體進行單道焊焊接，包括以下步驟:1)待焊工件表面處理:待焊工件工件不預(yù)熱而直接采用有機溶劑除去待焊工件表面的油污、灰塵，再用機械方法清洗去除待焊工件表面氧化膜；2) MIG焊接時通過電流表和電壓表上顯示的焊接電流和電弧電壓的讀數(shù)來調(diào)整焊接電流和電弧電壓的大小以及對焊接時的電弧行走速度的控制將焊接線能量控制在4.0-5.0KJ/cm之間，焊前不需要預(yù)熱，但要檢查氬氣保護氣體的純度和焊縫的清理情況，如不合格應(yīng)采取措施后再施焊，焊接的環(huán)境濕度控制在< 70% ；3)焊縫缺陷檢查:對焊后工件氣孔缺陷用鋼絲刷或風(fēng)鏟去除。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速列車用鋁合金薄板的MIG焊接方法，其特征在于所述步驟I)中有機溶劑為汽油或丙酮或三氯乙烯或四氯化碳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速列車用鋁合金薄板的MIG焊接方法，其特征在于所述步驟I)中清洗去除待焊工件表面氧化膜的工序采用不銹鋼絲或銅絲輪、刷將待焊工件的坡口及其兩側(cè)氧化膜清除。
【文檔編號】B23K9/173GK103537784SQ201310517749
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】戴忠晨, 付寧寧, 趙學(xué)武, 李春廣, 王愛武, 夏寧, 杜剛 申請人:南京南車浦鎮(zhèn)城軌車輛有限責(zé)任公司