岳永健 范伟强
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266000
摘要：不等板厚焊接过程中，在焊缝部位容易产生刚度变化和变形不协调，从而容易出现应力集中;焊接接头的强度取决于焊缝形式和焊接工艺，影响焊接接头质量好坏，主要依靠焊缝的结构设计和焊接参数。铝合金具有比强度高，热稳定性好，耐腐蚀，机械加工性能以及可再生性较好，资源丰富等一系列优点，近年来在航空航天高速轨道车辆领域得到了广泛的应用，成为理想的轻量化材料。5A06铝合金是非热处理强化铝合金，属于AL－Mg系的典型合金，其拥有较好的焊接性和抗腐蚀性能，被广泛用于航天中飞行器的主要金属材料中，5A06铝合金薄板的焊接常采用钨极氩弧焊工艺焊接；研究其焊接参数以及结构对不等板厚的焊接生产具有指导意义。
关键词：不等板厚；电弧位置；送丝角度
引言
填丝焊虽然能够通过焊丝加入合金成分，但是在进行激光填丝焊的板厚对接时，由于焊缝坡口过深，为了填满焊缝需进行多道焊接，繁琐的操作工序不符合实际生产高效高质的原则，并且多层多道焊中多次热输入会加剧热变形，导致焊缝坡口尺寸变化，增大后续焊道的焊接难度。为了减少或避免以上问题，引入一种在激光焊接过程中填入碎丝的新型填丝方法。文中通过改变厚板铝合金激光填碎丝焊焊接工艺参数，观察焊缝成形，研究离焦量对激光填碎丝焊焊接厚板5A06铝合金的影响，以优化焊接工艺。
1焊接温度场
焊接时未发生熔化的母材部位，在焊接热循环条件下，其不同部位受到不同的热影响，相当于经历不同的特殊热处理，其组织和性能均发生不同于母材的变化，这部分母材称为热影响区。焊接热影响区以及焊缝区域在焊接过程中的焊接热循环。焊接时母材的温度场分布极不均匀，离焊缝越近的部位，其加热速度越大，峰值温度越高，冷却速度也越高；反之，离焊缝越远的部位，加热速度越低，峰值温度越低，冷却速度也越低。
不等板厚的焊接热循环有着传统的普遍特点，也有着其自身的特点，因为焊接接头的母材板厚具有差异，厚板传热较快，需要更大的热输入，薄板传热慢，需要较小的热输入，所以在焊接过程中，电弧需要分配不同的，这就对焊接时电弧的位置有严格的要求。
焊接时的局部不均匀热输入是产生焊接应力与变形的决定因素。焊接是一种局部加热的过程，而且热源高度集中，所以焊接应力和焊接变形是不可避免的，尤其是在不等板厚之间的焊接中，但残余变形和残余应力是可以通过采取适当的工艺措施来调整和控制的，如可减小热输入、选择合理的焊接顺序、加以适当拘束等。焊件在焊接过程中会发生一定程度的宏观变形，不仅影响到焊接质量，通常还导致焊接过程的中断。尤其对于薄板构件的自动焊，若焊接时不加以加持固定，相对弧长会不断变化，甚至发生短路现象，使焊接无法进行，薄板焊接也容易出现波浪变形以及失稳。因此实际构件多数情况下都是在受约束的状态下进行焊接的。
2焊接常见问题
焊接结构为双面V形焊缝，自动焊焊接工艺为：正面焊接完成后，背部清根，清根渗透检测合格后焊接反面焊缝，焊接完成后焊缝外观检测，表面渗透检测，射线探伤。在射线探伤过程中，多次发现线性显示，结合焊缝宽度与RT底片分析，显示多出现在填充焊缝的侧壁，对缺陷部位取宏观金相。未熔合产生的主要原因：①焊缝坡口母材表面或层间清理不干净；②焊接参数不合理匹配导致的热输入不足；③焊接弧长过长或者焊枪倾角不对，使电弧热过弱或者偏向一方，电弧作用较弱处覆盖了熔化金属也易产生未熔合；④预热温度、层间温度控制不合理。通过将缺陷位置汇总，针对未熔合产生的部位，结合具体的焊接接头结构、材料性质和实际的生产工艺进行分析，对焊接工艺进行了调整，并对试验结果进行相应的检测。
3铝合金不同薄板厚对接接头形式及焊接工艺参数设计
3.1不同焊接送丝角度对焊缝成形的影响
钨极氩弧焊焊接电极产生的热量不仅用于母材的熔化，对于填充金属焊丝的焊接来说，也是焊丝熔化的热源，在填丝焊过程中，不同的送丝角度会影响焊丝的加热和填充，从而影响焊缝的成形。试验采用5°，30°，60°3种角度进行焊接，结果为:当送丝角度为5°时，焊丝受到电弧加热区域较小，对焊丝的加热不充分，随着焊丝继续送进，当焊丝熔化形成熔滴时，焊丝已经送到了超过熔池中心的部位，当熔滴下的时候到达不了焊缝中心，使得焊接接头成形不良;当焊丝以30°的角度送进时，焊丝可以在电弧区域受到充分地加热，焊丝熔化所形成的熔滴可以很好地进到熔池中，稳定而有效地过渡，能够形成有效的焊接接头。当焊丝以60°的送丝角度被送到电弧区域时，焊丝在送进过程中受到的加热作用较大而发生提前软化，加上正面保护气的吹送，使得焊丝在电弧边缘处发生弯折，熔化焊丝被吹到熔池的边缘至母材上，不能实现有效和稳定的熔滴过渡。
3.2不同焊接送丝速度对焊缝成形的影响
焊接速度在焊接过程中会影响焊缝余高和焊缝背面成形，随着送丝速度的提高，送进的焊丝对母材表面的下塌量有所改善，甚至在较高的送丝速度下薄板一侧填充量较大，厚板熔化的金属对薄板填充较小，余高增加，由于送丝速度过快，焊接能量不变，焊丝熔化带走了一部分能量，从而减小了薄板一侧电弧对母材的能量输出，所以焊接背面成形不好。送丝速度选用50，55，60，65，70，75mh，从焊接结果来看，50mh时，焊接填充焊丝熔化量较小，焊缝填充不饱满，焊接薄板一侧焊缝成形较差;当送丝速度达到75mh时，焊丝填充量增多，焊缝表面成形较好，但是焊缝余高增加，不利于焊后使用，余高增大势必增大残余应力;当送丝速度在60～70mh范围内，焊缝成形较好，所以送丝速度应该保持在60～70mh。
3.3不同电弧作用位置对焊缝成形的影响
试验采用2种焊接位置形式，位置形式1是焊接电流作用于厚板和薄板之间，电弧作用在厚板和薄板的对接接头中心;位置形式2是焊接电弧作用于对接接头两侧，但是偏重点不一样，大的热输入作用在厚板一侧，小的热输入作用在薄板一侧。焊接试验结果表明:采用电弧位置形式1时，焊缝表面成形极不均匀，如果控制热输入可使薄板一侧完全焊透，而厚板一侧则会出现未焊透缺陷，会对焊接结构强度大大降低;如果热输入足够大，使厚板一侧熔化，则薄板一侧会出现焊穿现象，不利于接头成形;采用电弧位置形式2时，焊缝表面成形较为均匀，焊缝外观表面成形光滑，控制好热输入的情况下，可以形成较好的焊接接头。
结语
1）随着激光功率的增加，在送丝量不变的情况下，焊点的尺寸得到了增加，同时焊点的成形由饱满变为带有下塌的形态；当点焊时间由１．５ｓ增加到２ｓ时，焊点的上表面、下表面和熔合面直径分别增加了１４％，２４％和２５％。可见，随着点焊时间的增加，焊点的尺寸近似以相同的速度增长。
2）通过合适的填丝工艺获得的焊点成形良好，可以消除下塌，同时对点焊时出现的气孔和下塌等缺陷也有较好的改善作用。
参考文献
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