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浅析铝合金CMT补焊工艺研究

时间:2019-03-01    作者: 张桐 、钟浩 、刘孝丽 、周利成    来源: 永信论文网
摘要:本文在研究中以铝合金CMT补焊工艺为核心,分析CMT焊接技术,提出铝合金CMT补焊工艺试验,获得最优工艺效果,发挥出CMT焊接技术的作用和价值,保证补焊效果,并为相关研究人员提供一定的借鉴和帮助。

关键词:铝合金;CMT补焊工艺;焊接技术

在铝合金焊接中,对焊接结构设计、焊接工艺水平以及材料质量都有很高的要求,若没有控制和掌握焊接工艺,尤其是厚板铝合金焊接中,其温度或是焊道布置没有处理得当,会在实际焊接生产中会出现一些气孔或是焊接热裂纹,存在微小缺陷,而针对重要产品,就必须进行补焊,控制修复次数,不断提高补焊质量,降低重要产品的报废率,进而达到最大的经济效益。对此,在铝合金焊接中,要不断优化CMT补焊工艺,根据铝合金产品缺陷特征,合理补焊和维修,保证补焊质量,使得产品符合质量标准,以谋求最大的利润空间。在这样的环境背景下,探究铝合金CMT补焊工艺具有非常重要的现实意义。

一、CMT焊接技术综合分析

(一)焊接机理

CMT焊接技术是依托于MIG/MAG技术的一种崭新焊接技术,在传统焊接短路中,焊丝端部金属会受到焊接电弧热的影响而熔化,在熔滴不断变大后会和焊接熔池相接触,造成短路问题引起焊丝爆断,继而电弧熄灭,形成大飞溅现象。在CMT焊接技术应用中,焊机电源收集到短路电流信号后,会立即切断电流,焊枪送丝系统会进行回抽焊丝,协助熔滴快速进入到熔池中,以达到无电流状态时的熔滴过渡,防止焊接飞溅问题。在实际焊接中,CMT焊接技术把熔滴金属朝着焊接熔池进行过渡,融合送丝机构中的送丝运动,焊接开始阶段,向前送丝会点燃电弧,焊丝由于受热熔化而形成熔滴,过渡到焊接熔池中,随后焊接熔池电弧被熄灭,不断降低电流直至短路。一旦发生短路,CMT焊机电源中的DSP处理器会立即接收到短路信号,并将该信号传输到送丝机构,接收短路信号后,送丝机构会立即响应,开展焊丝回抽运动,使得熔滴完全脱离于焊丝端部,而熔滴可以在无电流环境下进入焊接熔池 ,送丝结构继续进行向前送丝,重新引燃电弧焊接,循环往复这一过程。

(二)技术特征

相比于传统短路过渡焊接技术而言,CMT焊接技术具有以下特征 :

第一,送丝过程与过程控制有效结合。在CMT焊接技术应用中,焊丝送丝运动和焊接过程控制联系紧密,送丝运动会影响整个焊接过程,而焊接中熔滴过渡也会影响焊丝运动效果,可以说明二者属于相辅相成的关系,相互关联、相互影响。同时,CMT焊机内含数字化控制系统,该系统会自动监测焊接中的熔滴过渡短路信号,及时反馈到送丝结构中,使得送丝机构及时开展焊丝回抽运动。

第二,焊接热输入量较低。在传统熔滴过渡中,液相桥和焊接熔池出现短路时,为了造成液相桥失稳破断,要快速增加短路电流,以提高液相桥中的电磁力,通过电磁力的作用,帮助金属熔滴迅速进入到焊接熔池中。而在CMT焊接中,一旦熔滴与焊接熔池接触,出现短路过渡,其焊接控制系统直接回控制焊接电流,使得焊接电流无限接近零,送丝机构开始进行焊丝回抽运动,降低焊接电弧热输入量,过渡短路后焊接电弧熄灭,其焊件热输入量也是最小,也正是因为热输入量小,使得焊接变形量也是最小。

第三,焊接电弧稳定。稳定的电弧是CMT焊接技术的最大优势,在传统焊接技术中 ,焊接电弧稳定性受被焊工件表面、焊接速度大小等因素影响。但在CMT焊接技术中,焊机控制系统可以根据视觉情况来调整电弧弧长,使得焊接电弧始终维持稳定性,焊缝成形均匀且质量高,可以应用在多种焊接位置中。

第四,熔滴过渡避免飞溅。熔滴过程出现短路时,焊机DSP处理器会直接检测到短路信号,并将其传输到送丝机构中,等到送丝机构迅速响应,开展焊丝回抽运送,让熔滴直接过渡到熔池中。利用短路控制来降低熔滴过渡中的焊接电流,使其无限接近零,降低焊接热输入量,以达到无飞溅的效果,提高焊接质量。

二、铝合金CMT补焊工艺试验

(一)试验目的

本试验的主要目的是判断铝合金CMT补焊中的热裂纹敏感性,以12mm厚的铝合金为试验对象,运用对比试验的方式,分别采用CMT补焊工艺和脉冲MIG焊接工艺,开展铝合金补焊热裂纹敏感性试验,分三次补焊试验,分析焊接效果。

(二)CMT补焊工艺试验

一是参考预定焊接参数,第一步,焊接试板,完成焊接后,将试板焊接缝堆高进行切除;第二步,开展槽部加工;第三步,最后进行一次性补焊,得到一次补焊试板,这一步骤要重复三次,共制备三块试板,一块要一次补焊,其余两块则继续补焊。二是把两块继续补焊的试板重复第二步和第三部的操作,槽部加工后进行长度试板二次补焊,一块为最终二次补焊试板,而另一块则是继续补焊。三是将“二”中的剩余试板进行继续补焊,对试板接缝堆高进行切除,重复重复第二步和第三部的操作,完成试板三次补焊。其补焊工艺参数为表1所示,选择高纯度氩气作为保护气体,将焊丝直径设定为1.2mm,在工作站完成整个焊接过程,利用CMT焊接工艺开展三次补焊,分别对一次补焊试板、二次补焊试板、三次补焊试板进行渗透探伤,没有发现明显的裂纹。

 

表1  铝合金CMT补焊工艺参数表

焊道

焊接电压(U/V)

焊接电流(I/A)

焊接速度vt(mm·s-1

S1

20.5

240

60

S2

20.5

240

60

F1

20.5

240

60

补焊焊道

20.5

245

60

 

(三)脉冲MIG焊接工艺试验

选择12mm厚板为试验对象,开展脉冲MIG工艺焊接试验,与铝合金CMT补焊工艺相对比,分析其焊接组织变化情况。在本次试验中,选择高纯度氩气作为保护气体,将焊丝直径设定为1.2mm,在工作站完成整个焊接过程,其焊道顺序分别是S1、S2、S3、S4。

 

表2 为脉冲MIG焊接工艺参数表

焊道

焊接电压(U/V)

焊接电流(I/A)

焊接速度vt(mm·s-1

S1

23

198

60

S2

24

230

60

S3

24

230

60

S4

25

220

85

 

(三)试验结果

1.焊接接头组织

分别观察CMT补焊工艺、脉冲MIG焊接工艺下的试板焊接接头组织,通过砂纸进行金相试样,并做抛光液抛光,待腐蚀后,通过蔡司显微镜来观察试样,多次补焊后,观察各个焊道微观组织,如图1所示,可以看到一次补焊后,焊道S1上方组织由于补焊热量的影响,其晶粒变大,其下方组织存在粗大的现象,内部树枝晶形貌完全消失。

图1 为一次补焊效果

如图2所示为二次补焊效果,受到焊缝热量的影响,S1焊道上方组织还在持续长大,并存在较为明显内部柱状晶形貌。

图2 为二次补焊效果

 

如图3所示为三次补焊效果,S1焊道组织呈现粗、大的现象。

图3 为三次补焊效果

 

对焊道F1组织进行观察分析,一次补焊后,发现该组织并没有发生任何明显的变化。在二次补焊后,其F1焊道上方组织出现长大情况,但表面组织变化并不明显,说明焊道F1上方补焊焊缝热量小。运用CMT补焊工艺进行F1焊道补焊后,发现其组织出现明显的整体性变化,靠近试板内部晶粒出现明显的粗大现象,而在表面晶粒也明显长大,说明CMT补焊工艺应用中的热输入量低,焊道热量传递为后焊低于先焊。

2.焊接接头硬度

遵循国家相关硬度标准进行硬度试验,将焊缝、母材和热影响区作为硬度检定区域,以维氏硬度载荷4.9N为标准,其测量间距设定为1mm,以12mm厚板为试验对象,对焊接接头上部、中部、下部进行硬度分析。纵观接头硬度分布而言,焊缝硬度要远远小于母材硬度,硬度分布根据补焊次数的增加而持续下降,其中三次补焊后,焊缝硬度下降最为明显。通过对接头组织分析发现,运用CMT补焊工作,会相邻焊缝表面晶粒变大,而且补焊次数越多,其晶粒发生粗大的区域会逐渐扩大,造成组织过时效,使得试板中部硬度明显下降。通过对12mm厚板对接接头表面熔合线的硬度分布分析,随着补焊次数的不断增加,会呈现出不断上升的趋势,这主要就是补焊热量强化了表面组织时效,进而导致硬度不断增加的效果。

(四)试验结果

以12mm厚的铝合金为试验对象,运用对比试验的方式,分别采用CMT补焊工艺和脉冲MIG焊接工艺开展铝合金补焊热裂纹敏感性试验。发现相比于脉冲MIG焊接工艺而言,后板铝合金多以CMT焊接工艺为主,通过多次补焊的方式,使得焊缝晶粒度逐渐降低,多层多道的焊接工艺,其后焊对先焊的焊道热传导影响小。但是采用CMT补焊工艺,会造成试板中部相邻焊缝中的晶粒逐渐粗大,造成硬度下降的情况。

结束语:

综上所述,本文通过实验分析,深入研究了铝合金CMT补焊工艺,得出以下几点结论:

参考文献:

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