铝合金在机车车辆中的应用及 MIG焊缺陷分析

陈志涛 郎振勇 于超

中车长春轨道客车股份有限公司 吉林省长春市 130000

摘要：本文简要介绍了铝及铝合金在机车车辆中的应用以及铝合金MIG焊时容易产生的缺陷及分析

关键词：铝及铝合金、机车车辆、MIG焊

一．铝及铝合金在机车车辆中的应用

1.1适合机车车辆应用的铝合金

随着机车车辆 的高速化 ,对铝合金提 出了相应要求 ,如：材料强度 、疲 劳性 能 、抗裂纹能力 、良好的表面处理能力和抗腐蚀能力、撞击时不会产生火花、有很好的吸收冲击 能力和吸音性能等,同时还要求有 良好的焊接性能。目前,适合于机 车车辆用 的铝合金 主要有Al-Mg-Si (6000)系列及Al-Mg-Zn(7000)系列两大系列。(6000)系列铝合金具有良好的可成型性、可焊接性、可机加工性和抗腐蚀性能,中等强度,主要用于建筑装备、自行车车架、运输设备、桥 梁 栏杆、焊接结构件等。(7000)系列铝合金具有良好的可成型性、较好的焊接性,中高强度,但使用中应注意避免出现应力腐蚀裂纹。它主要用 于飞机机体结构件、移动式设备及其他高应力部件。较高强度的系列 铝合金抗应力腐蚀裂纹性能有所降低,但在稍微过时效的状态下,可获得强度、抗腐蚀性与断裂韧度较高的综合性能。此外,5083铝合金在机车车辆上应用较为普遍。

1.2铝合金在机车车辆上的主要应用部位

1.2.1车体

主要是采用通长、大型薄壁、中空挤压型材焊接结构形式 。各种型材重量所占的比率达到70%-80%以上,板材使用 比率将逐渐被 中空型材代替。日本铝合金车 体结构材料使用最多的是7005合金。7005型材用于端面梁、底座、门槛、侧面构件骨架、车体枕梁、车端墙等。近几年日本开发了挤压性能、焊接性 能和耐腐蚀性能更好的6N01合金即6005合金的日产化生产 的多孔复杂薄壁空心型材,广泛代替7005型材作车体地板、侧板和顶板结构 。西欧铝合金车体大量采用Al-Mg-Si (6005)挤压型材,其主要原因是的挤压性能更好,生产出来的复杂型材使车辆结构更合理,生产更简化,并能避免7000系列合金应力腐蚀问题 。

1.2.2转向架

对于机车车辆轻量化来说,仅考虑车体显然是不够的。因为车体 的重量仅占电动车辆总重量的20% 左右,大部分重量集中在转向架上。转向架的重量又主要取决于牵引电机、轮对、构架和制动系统 。目前认为适宜用铝合金制造、并取得一定进展的转向架部件包括转 向架构架、轴箱、齿轮箱、弹簧支座等,其他如铝基复合材料制动盘、

1.2.3车内设备及其他结构件

这里主要是指车厢内部装饰板门窗座椅水箱、各种管道等用铝合金制造。目前城轨车内部装饰大量采用铝合金材料,取得了良好效果。

二. 铝合金MIG焊容易产生的缺陷及分析

铝及铝合金MIG焊时，焊接接头常见的缺陷主要有焊缝成形差、裂纹、气孔、烧穿，未焊透、未熔合、夹渣等。 一、焊缝成形差 焊缝成形差主要表现在焊缝波纹不美观，且不光亮；焊缝弯曲不直，宽窄不一，接头太多；焊缝中心突起，两边平坦或凹陷；焊缝满溢等。 1．产生原因 ⑴焊接规范选择不当；⑵焊枪角度不正确； ⑶焊工操作不熟练；⑷导电嘴孔径太大； ⑸焊接电弧没有严格对准坡口中心；⑹焊丝、焊件及保护气体中含有水分； 2．防止措施 ⑴反复调试选择合适的焊接规范；⑵保持焊枪合适的倾角； ⑶加强焊工技能培训；⑷选择合适的导电嘴径； ⑸力求使焊接电弧与坡口严格对中；⑹焊前仔细清理焊丝、焊件；保证保护气体的纯度。 二、裂纹 铝及铝合金焊缝中的裂纹是在焊缝金属结晶过程中产生的，称为热裂纹，又称结晶裂纹。其形式有纵向裂纹、横向裂纹，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。 1．产生原因 ⑴焊缝隙的深宽比过大；⑵焊缝末端的弧坑冷却快； ⑶焊丝成分与母材不匹配；⑷操作技术不正确。 2．防止措施 ⑴适当提高电弧电压或减小焊接电流； ⑵适当地填满弧坑并采用衰减措施； ⑶保证焊丝与母材合理匹配； ⑷选择合适的焊接参数、焊接顺序，适当增加焊接速度，采取预热措施。 三、气孔 在铝及铝合金MIG焊中，气孔是最常见的一种缺陷。要彻底清除气孔是很难办到的，只能是减小其含量。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。 1．产生原因 ⑴气体保护不良，保护气体不纯；⑵焊丝、焊件被污染； ⑶大气中的绝对湿度过大；⑷电弧不稳，电弧过长； ⑸焊丝伸出长度过长、喷嘴与焊件之间的距离过大； ⑹焊丝直径与坡口形式选择不当；⑺在同一部位重复起弧，接头数太多。 2．防止措施 ⑴保证气体质量，适当增加保护气体流量，以排除焊接区的全部空气，消除气体喷嘴处飞溅物，使保护气流均匀，焊接区要有防止空气流动措施，防止空气侵入焊接区，保护气体流量过大，要适当适当减少流量； ⑵焊前仔细清理焊丝、焊件表面的油、污、锈、垢和氧化膜，采用含脱氧剂较高的焊丝； ⑶合理选择焊接场所；⑷适当减少电弧长度；⑸保持喷嘴与焊件之间的合理距离范围； ⑹尽量选择较粗的焊丝，同时增加工件坡口的钝边厚度，一方面可以允许允许使用大电流，也使焊缝金属中焊丝比例下降，这对降低孔率是行之有效的； ⑺尽量不要在同一部位重复起弧，老板娘重复起弧时要对起弧处进行打磨或刮除清理；一道焊缝一旦起弧后要尽量焊长些，不要随意断弧，以减少接头量，在接头处需要有一定的焊缝重叠区域。 四、烧穿 1．产生原因 ⑴热输入量过大；⑵坡口加工不当，焊件装配间隙过大； ⑶点固焊时焊点间距过大，焊接过程中产生较大的变形量； 操作姿势不正确。 3．防止措施 ⑴适当减小焊接电流、电弧电压，提高焊接速度； ⑵加大钝边尺寸，减小根部间隙； ⑶适当减小点固焊时焊点间距； ⑷焊接过程中，手握焊枪姿势要正确，操作要熟练。 五、未焊透 1．产生原因 ⑴焊接速度过快，电弧过长；⑵坡口加工不当，装配间隙过小； ⑶焊接技术较低，操作姿势掌握不当；⑷焊接规范过小；⑸焊接电流不稳定。 2．防止措施 ⑴适当减慢焊接速度，压低电弧；⑵适当减小钝边； ⑶使焊枪角度保证焊接时获得最大熔深； ⑷增加焊接电流及电弧电压，保证母材足够的热输入获得量； ⑸增加稳压电源装置或避开开用电高峰。 六、未熔合 1．产生原因 ⑴焊接部位氧化膜或锈未清除干净；⑵热输入不足；⑶焊接操作技术不当。 2．防止措施 ⑴焊前仔细清理待焊处表面；⑵提高焊提高电流、电弧电压，减速小焊接速度； ⑶焊接时要稍微采用运条方式，在坡口面上有瞬间停歇，焊丝在熔池的前沿，提高焊工技术。 七、夹渣 1．产生原因 ⑴焊前清理不彻底；⑵焊接电流过大，导致电嘴局部熔化混入熔池而形成夹渣； ⑶焊接速度过高。 2．防止措施 ⑴加强焊接前的清理工作； ⑵在保证熔透的情况下，适当减少焊接电流，大电流焊接时，导电嘴不要压得太低； ⑶适当降低速度，采用含脱氧剂较高的焊丝，提高电弧电压。

参考文献

[1] 贺运嘉.金属材料熔焊工艺[M].西安:西北工业大学出版社，1988，70~76.

[2] 王元良，屈金山，晏传鹏等.铝合金焊接性能及焊接接头性能〔J〕.中国有色金属学报，1997，7(l):69~74.