陳鵬陽

【摘 要】 隨著現(xiàn)代橋梁技術(shù)的發(fā)展，對(duì)橋梁配套檢查車的要求越來越高，橋梁檢查車大多使用鋼結(jié)構(gòu)制作，使得結(jié)構(gòu)較重，有時(shí)難以滿足橋梁自身的承載要求，因此橋梁檢查車向著輕型化發(fā)展，鋁合金便成為理想的材料。基于鋁合金本身的特性，其焊接技術(shù)的研究，對(duì)檢查車等鋁合金產(chǎn)品的制造具有重要意義。本文通過焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，在總結(jié)改進(jìn)工藝措施的基礎(chǔ)上，取得了鋁合金6061-T6鎢極氬弧焊試驗(yàn)的成功。

【關(guān)鍵詞】 鋁合金；鎢極氬弧焊；6061-T6

1 概述

港珠澳大橋檢查車，其主體結(jié)構(gòu)是由鋁合金方管組焊而成的桁架結(jié)構(gòu)，主方管及支方管材質(zhì)為6061-T6，規(guī)格分別為100×100×6mm及50×50×5mm，其具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度相對(duì)較高的特點(diǎn)。目前，生產(chǎn)中常用MIG焊（熔化極氬弧焊）、TIG焊（鎢極氬弧焊）方法來焊接鋁合金材料，該兩種方法均為熔化焊，MIG焊比較適合長(zhǎng)直焊縫焊接，TIG焊適合形狀復(fù)雜多變的結(jié)構(gòu)件焊接。針對(duì)港珠澳大橋檢查車的桁架，焊縫多而短、焊位多變的特點(diǎn)，采用TIG焊接方式。TIG焊研究主要選用的是方管對(duì)接焊的工藝性試驗(yàn)，過程包括焊評(píng)計(jì)劃書擬定、試件制備、力學(xué)性能試驗(yàn)、焊評(píng)總結(jié)等。

2 鋁合金焊接特性分析

鋁合金6061-T6其化學(xué)成分應(yīng)符合《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》（GB/T 3190-2008）要求，機(jī)械性能應(yīng)符合《鋁及鋁合金（拉）軋制無縫管》（GB/T 6893-2010）要求，其化學(xué)成分及機(jī)械性能見下表2.1：

通常鋁合金焊接存在的如下焊接特性：（1）強(qiáng)的氧化能力和易形成氣孔：鋁在空氣中容易同氧結(jié)合生成氧化鋁薄膜，該薄膜表面吸附的水分焊接時(shí)會(huì)形成氣孔、夾渣等焊接缺陷，同時(shí)焊接時(shí)的液體熔池也很容易吸收氣體，焊后冷卻凝固時(shí)易形成氣孔；（2）導(dǎo)熱率大：鋁合金焊接時(shí)，由于導(dǎo)熱率大，為了獲得高質(zhì)量的焊接接頭，需要采用能量集中功率大的熱源，且焊前需預(yù)熱；（3）對(duì)施焊時(shí)環(huán)境溫度及濕度敏感；

3 試件制備及主要工藝措施

3.1、氣體、焊絲及設(shè)備選用

TIG焊的主要原理是在惰性氣體的保護(hù)下，利用鎢電極與工件間產(chǎn)生的電弧熱熔化母材和填充焊絲的一種焊接方法。焊接時(shí)保護(hù)氣體從焊槍的噴嘴中連續(xù)噴出，在電弧周圍形成氣體保護(hù)層隔絕空氣，以防止其對(duì)鎢極、熔池及鄰近熱影響區(qū)的有害影響，從而可獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫。焊接氣體采用純度為99.99%的氬氣，且氬氣中的含水量限制在0.07%以下，氬氣管路系統(tǒng)要保持干燥，不得有泄露現(xiàn)象，以免混入潮濕空氣。

焊絲采用SAL4043（SALSi-1），表面呈潔白光亮色，不得有局部的腐蝕斑點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)有良好的保管環(huán)境，避免焊絲表面粘連水分及油漬。焊接設(shè)備采用OTC-MR315T直流脈沖TIG弧焊機(jī)。

3.2、試件準(zhǔn)備

本次焊接試件，采用100×100×6mm方管進(jìn)行，方管采用機(jī)加工坡口，因鋁合金焊接特點(diǎn)，其導(dǎo)熱率大，焊縫冷卻速度快，焊縫坡口比常規(guī)坡口角度稍大。坡口兩側(cè)在焊前采用不銹鋼絲刷清理，并采用丙酮進(jìn)行清洗。坡口對(duì)接時(shí)留有一定間隙，焊縫反面采用相同材質(zhì)的鋁板做襯墊，以避免焊接時(shí)液體金屬塌陷或燒穿的現(xiàn)象發(fā)生，且在襯墊中心開圓弧槽口便于熔敷金屬同母材的熔合，同時(shí)也有利于焊縫反面的成型。完成拼裝的試件見圖3.1：

3.3、焊接參數(shù)的選用

根據(jù)焊接特性分析，決定采用大電流，快速焊接的方式，焊接參數(shù)見表3.1：

3.4、環(huán)境溫度及濕度等的控制

常規(guī)情況下焊評(píng)試件制備往往會(huì)忽視環(huán)境溫度及濕度的控制，可通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鋁合金焊接時(shí)，空氣中的水分、焊絲上的微觀油漬等，均容易在焊縫金屬中形成氣孔，因此，試件焊接工作宜在室內(nèi)進(jìn)行，施焊時(shí)，環(huán)境溫度不應(yīng)低于5℃，空氣相對(duì)濕度不應(yīng)高于80%。環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，需要對(duì)焊接部位及其周邊進(jìn)行預(yù)熱，相對(duì)濕度高于80%時(shí)，焊前應(yīng)用烤槍對(duì)焊區(qū)進(jìn)行烘烤除濕，采用丙酮清洗后，應(yīng)靜置10分鐘以上，待丙酮完全揮發(fā)。

3.5、試件焊接

試件施焊時(shí)，兩手操作，右手握焊槍，左手握焊絲，焊絲通過拇指、食指和中指配合動(dòng)作來均勻撥動(dòng)并向熔池輸送焊絲，送焊絲時(shí)要防止焊絲與鎢極接觸，以免焊絲污染鎢極。填絲位置在熔池前緣，不必送絲至熔池中央。施焊應(yīng)保持穩(wěn)定的短弧，以便獲得較大熔深，避免咬邊。

4 試件檢測(cè)

根據(jù)《船用鋁合金焊接工藝評(píng)定》（CB/T 3748-1995），6061-T6鋁合金焊接試件焊縫表面質(zhì)量按CB/T 3747進(jìn)行檢查，II級(jí)評(píng)判；并進(jìn)行滲透和X射線檢測(cè)，滲透按《承壓設(shè)備無損檢測(cè)第5部分滲透檢測(cè)》（JB/T 4730.5-2005）有關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢查，II級(jí)合格；X射線檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)按《ZBU60001-1989》進(jìn)行，II級(jí)評(píng)判；焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目見下表4.1：

試件先進(jìn)行外觀檢測(cè)、滲透檢測(cè)及X射線探傷等無損檢測(cè)，再進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)檢測(cè)。

4.1、焊縫橫截面檢查

試樣經(jīng)打磨、拋光后，用10%的NaOH水溶液進(jìn)行浸蝕，發(fā)現(xiàn)焊縫金屬各層間及焊縫與母材之間完全熔合，試樣未見不合格缺陷。焊縫橫截面檢查結(jié)果見圖4.1：

4.2、拉伸試驗(yàn)

試樣的拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表4.2：可見對(duì)接接頭抗拉強(qiáng)度（σb）大于159MPa，規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力（σp0.2）大于104MPa。

4.3、彎曲試驗(yàn)

彎曲試驗(yàn)結(jié)果見圖表4.3：試樣經(jīng)彎曲試驗(yàn)后均未見明顯不合格缺陷。

5 總結(jié)及結(jié)論

在對(duì)6061-T6鋁合金材料焊接特性分析的基礎(chǔ)上，合理制定焊接工藝，并通過如下工藝改進(jìn)及措施：（1）焊前嚴(yán)格清理試件表面的氧化物；（2）試件對(duì)接焊縫反面采用鋁板做襯墊，且在襯墊中心開圓弧槽口；（3）焊縫坡口比常規(guī)坡口角度稍大，采用大電流，快速焊接的方式，即用集中功率大的熱源；（4）嚴(yán)控施焊時(shí)的環(huán)境溫度及濕度等。使得6061-T6鋁合金焊接接頭的抗拉強(qiáng)度達(dá)到180Mpa以上，其他指標(biāo)也達(dá)到《船用鋁合金焊接工藝評(píng)定》（CB/T 3748-1995）對(duì)鋁合金焊接接頭的要求，也為類似鋁合金材料焊接提供了較好的參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]船用鋁合金焊接工藝評(píng)定.中國船舶工業(yè)總公司.CB/T 3748-1995.

[2]焊接手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社.ISBN 978-7-111-22263-7