Page 42 - 理化检验-物理分册2021年第四期
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陈 毓, 等:工艺参数对 5052 铝镁合金焊缝凝固裂纹敏感性的影响

            少 [ 7 ] , 适当控制脉冲形状可以避免凝固开裂             [ 8 ] 。     缝凝固裂纹敏感性大小, 鱼骨试板加工尺寸如图 1
                 鱼骨状裂纹试验是利用试板上不同长度沟槽形                          所示。焊接前, 鱼骨试板采用夹持装置进行刚性固
            成的不同最大拉应力来测试铝合金的凝固裂纹敏感                             定, 夹持装置整体使用散热性较好的黄铜材料进行
            性。当焊接热源在试板移动时, 由于熔池凝固产生                            冷却, 并且在鱼骨试板焊缝所在位置下方处预留凹
            的热应力会使纵向裂纹沿焊缝中心起裂、 扩展, 随着                          槽; 焊接后, 等待焊缝冷却至室温再取出鱼骨试板;
            焊缝越靠近纵向沟槽, 裂纹越易止裂, 此时裂纹的总                          最后使用渗透探伤方法检测焊缝凝固裂纹, 焊缝凝
            长度便可作为裂纹敏感性的指标进行统计                    [ 9 ] 。不同    固裂纹长度越长代表其裂纹敏感性越大。
            材料的裂纹敏感性测试需要设计出不同合 适尺寸
            ( 高度和深度) 的横向沟槽来控制焊缝的裂纹起裂过
            程。笔者通过鱼骨状裂纹试验研究焊接保护气体分
            别为 100% 氩 气、 25% 氦 气 +75% 氩 气 混 合 气 和
            50% 氦气 +50% 氩 气 混 合 气 时, 不 同 焊 接 电 流 下
            5052 铝 镁 合 金 的 焊 缝 凝 固 裂 纹 敏 感 性; 同 时 对
            100% 氩气焊接保护气下的脉冲模式影响进行了进
            一步研究, 从焊缝晶界形态和凝固过程讨论镁含量                                         图 1  鱼骨状试板尺寸示意图

                                                                       Fi g  1 Dia g ramofsizeoffishbonetest p late
            与焊缝凝固裂纹敏感性之间的关系。
                                                              1.3  化学成分分析
            1  试验方法与试样制备                                           取鱼骨试板焊缝裂纹止裂附近金属作为待测试
                                                               样, 试样的焊缝截面经砂纸粗抛后, 再使用三酸电解
            1.1  焊接工艺设计

                                                               抛光。腐蚀剂为 keller试剂, 腐蚀时间 90s , 然后使

                 试验材料母材采用尺寸为 140mm×300mm×
                                                               用日立 S300 型扫描电镜观察焊缝晶界, 并对晶界
            3mm 的5052 铝镁合金鱼骨状试板, 其化学成分如

            表 1 所示。焊丝采用 1.2 mm 的 ER5356 铝镁合                    进行能谱扫描, 分析其化学成分。

                                ϕ
            金实 芯 焊 丝, 化 学 成 分 如 表 2 所 示。 分 别 使 用              2  试验结果与分析
            100% 氩气、 25% 氦气 +75% 氩气混合气体和 50%
            氦气 +50% 氩气混合气体作为焊接保护气体。焊接                         2.1  保护气体与焊接电流对焊缝凝固裂纹敏感性
                                                                    的影响
            电流采用两种, 一种为单脉冲焊接电流, 另一种为双
                                                                   如图 2 所示, 焊接保护气为 100% 氩气时, 鱼骨
            脉冲 接 电 流, 单 脉 冲 MIG 电 流 分 别 为 130 , 160 ,
                                                               试板在不同焊接电流下形成了不同长度的焊缝凝固

            190 , 220A , 双脉冲电流则是在单脉冲电流 基础上
                                                               裂纹。随着电流的增加, 单脉冲 MIG 获得的凝固裂

            添加电流小于 60A 的小电流, 电流波形为方形波,
                                                               纹长度从 94.5mm 逐渐增加到 235 mm , 电流变大



            频率为2Hz , 占空比为50% 。焊接设备为松下 YD-
                                                               增加了焊缝凝固裂纹开裂的倾向。同时, 当焊接保

            500FD 型焊机。
                     表 1  鱼骨状试板的化学成分( 质量分数)                    护气为 75% 氩 气 +25% 氦 气 时, 随 着 焊 接 电 流 从


                                                              130A 增加到 220A , 单脉冲 MIG 下的焊缝凝固裂
                    Tab 1 Chemicalcom p ositionsofthefishbone

                           test p late   massfraction    %     纹长度从154mm 增加到227.5mm ; 当焊接保护气
                                                               为 50% 氩气 +50% 氦气时, 鱼骨试板在不同热输入
              Si    Fe    Cu   Mn   M g  Cr  Zn   Ti   Al
                                                               下所形成的焊缝凝固裂纹长度基本趋于一致, 与其
             0.05  0.12  0.01  0.05  2.4  0.27 0.01 0.06 97.03
                                                               他两种焊接保护气焊接时最大凝固裂纹长度相当。
                  表 2 ER5356 铝镁合金焊丝的化学成分( 质量分数)
                                                               因此, 焊 接 电 流 增 加 会 明 显 提 高 焊 接 保 护 气 为

                 Tab 2 Chemicalcom p ositionsofER5356Al-M g allo y
                                                              100%氩气和 75% 氩气 +25% 氦气混合气时的焊缝
                          weldin gwire   massfraction    %
                                                               凝固裂纹敏感性; 焊接保护气为 50% 氩气 +50% 氦
              Si  Fe   Cu   Mn M g  Cr  Zn  Ti  Be  Zr  Al
                                                               气时, 焊缝凝固裂纹敏感性最差, 电流增加对其影响
             0.03 0.15 0.01 0.15 5.23 0.11 0.01 0.11 0.01 0.0194.18
                                                               不大。
            1.2  鱼骨状裂纹试验方法                                         横向对比焊接电流一致时焊接保护气体对焊缝
                 使用鱼骨状裂纹试验比较不同焊接工艺下的焊                          凝固裂纹长度的影响。由图 2 可知, 随氦气比例的
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