■ 郭廷凱，徐玉君，張玉新，孫巍

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1. 概述

材料輕量化的發(fā)展被廣泛應用在軌道交通、船舶和汽車產品等領域。5182—H111鋁合金具有良好的力學、成形、耐腐蝕性能和焊接性，是油罐車罐體生產的理想材料。在應用生產中發(fā)現在背面焊縫和焊趾處出現了未焊透和氣孔缺陷，經過焊前預熱、清理和改變焊接參數等工藝手段均未有效解決這些問題，現提出正面填絲+背面不填絲自熔的雙面焊工藝，有效解決了背面焊縫出現的未焊透和氣孔缺陷問題，焊接接頭檢測結果均滿足標準要求，對保證生產質量具有重要意義。

2. 焊接材料

試驗母材為5182—H111鋁合金延壓板材，試板尺寸為600mm×200mm×5.5mm，化學成分和力學性能如表1、表2所示。采用ESAB S Al 5356、φ1.2mm焊絲做為填充材料。

3. 焊接工藝

采用沙福NERTAMATIC 450自動TIG設備和帶U型凹槽墊板的工裝夾具，墊板如圖1所示。焊前清理坡口面和坡口兩側25mm范圍內氧化膜、油污、雜質等外來物。焊接時正面填絲焊和背面不填絲自熔焊接參數如表3所示。

圖1 U 型墊板

表1 5182 —H111鋁合金化學成分（質量分數） （%）

表2 5182 —H111鋁合金力學性能

表3 焊接參數

4. 試驗結果和分析

（1）采用單面焊工藝，當熱輸入量較小時，焊縫背面出現未焊透缺陷，如圖2a所示。當熱輸入量較大時，背面焊縫由墊板凹槽強制成型，在焊趾處出現了較多的氣孔缺陷，如圖2b所示。在焊接過程中材料表面的氧化膜、水分和油污，環(huán)境濕度，保護氣含水量等提供了氫的來源，由于氫在鋁合金液態(tài)和固態(tài)中的溶解度相差較大，因此在熔池凝固過程中氫來不及逸出，形成氣孔。

采用背面進行自熔焊工藝后，完全消除了背面未焊透和焊趾處氣孔缺陷，焊縫成型良好，魚鱗紋均勻清晰，如圖2c所示。

圖2 背面焊縫成形

（2）焊接接頭的拉伸試驗按照ISO4136標準，彎曲試驗按照ISO5173標準，試驗在AG—X 250kN電子萬能試驗機上進行。接頭拉伸性能測試結果如表4所示，焊接接頭的平均抗拉強度達到了269MPa，焊接接頭抗拉強度大于標準中要求的母材退火狀態(tài)下規(guī)定的最低抗拉強度255MPa，符合標準ISO 15614—2的要求。進行2個正彎和2個背彎試驗，壓頭直徑40mm，彎曲角度180°。在彎曲試件的彎曲面上任何方向上都未出現＞3mm的單條裂紋，彎曲試驗均合格。拉伸和彎曲試樣如圖3所示

圖3 拉伸和彎曲試樣

表4 拉伸試驗結果

（3）按照I S O 17639標準對焊縫進行宏觀和微觀金相檢測。宏觀金相試樣采用1 0%氫氧化鈉溶液腐蝕，微觀金相試驗采用凱樂試劑（15HF+1.5%HCl+2.5HNO3）腐蝕，使用蔡司AXIO 型號材料顯微鏡進行宏觀和微觀形貌觀測，分別如圖4所示。從圖4a可以看出焊縫熔合良好，沒有裂紋、氣孔和夾渣等缺陷，從圖4b和4c可以看出焊縫和熱影響區(qū)均無微觀裂紋出現金相檢測合格。

5. 結語

（1）使用正面填絲焊+背面不填絲自熔焊雙面焊工藝，可以解決單面焊工藝產生的背面焊縫氣孔和未熔合缺陷。

（2）采用雙面焊工藝，焊接接頭的抗拉強度達到了269MPa，彎曲性能良好，均符合標準要求。

（3）接頭金相檢測顯示，接頭熔合良好，無裂紋、氣孔和夾渣等缺陷。

圖4 接頭宏觀和微觀金相