7A52铝合金中厚板MIG焊接工艺优化_陈鹏达.pdf

Electric Welding MachineVol.53 No.1Jan.2023第 53 卷 第 1 期2023 年1 月7A52铝合金中厚板MIG焊接工艺优化陈鹏达，徐锴，徐玉君，郭枭，吕晓春哈尔滨焊接研究院有限公司，黑龙江 哈尔滨 150028摘要：针对 7A52 铝合金中厚板熔化极惰性气体保护焊（MIG）焊缝成形差、接头系数低等问题，采用半自动MIG、以ER5356焊丝为填充材料对20 mm厚7A52铝合金板材进行不同焊接工艺参数下的焊道成形试验。测量不同焊接工艺参数下的焊道熔深、熔宽、余高、润湿角等焊道成形特征，选出最佳工艺参数。采用最佳工艺参数进行20 mm厚对接试板的焊接，焊接完成后通过X射线检测、力学性能试验、显微组织观察等测试方法研究对接接头的各项性能。结果表明，ER5356焊丝焊接接头的抗拉强度平均值为302.5 MPa，对接接头系数平均值为0.74，试样断裂位置均为焊缝区；接头的弯曲性能良好，未出现裂纹等缺陷；焊接接头焊缝区硬度值最低，为焊接接头最薄弱区域，与拉伸试验试件断裂位置相符合；焊接接头和熔敷金属的力学性能较好。关键词：工艺参数；接头系数；焊道成形；抗拉强度中图分类号：TG457.14 文献标识码：A 文章编号：1001-2303（2023）01-0084-07Optimization on MIG Welding Processing Parameters of 7A52 Aluminum Alloy Medium-Thickness PlateCHEN Pengda,XU Kai,XU Yujun,GUO Xiao,LV XiaochunHarbin Welding Institute Co.，Ltd.，Harbin 150028，ChinaAbstract:In this paper，aiming at the problems of poor metal Inert gas Welding（MIG）weld forming and low joint coefficient of 7A52 medium-thickness plate,taking 7A52 aluminum alloy as the research object,semi-automatic MIG was used to conduct weld bead forming tests on ER5356 wire under different welding parameters.After the test,weld bead forming characteristics such as weld penetration,weld width,weld bead remaining-height,weld wetting angle under different welding processing parameters were measured.Optimize the optimal processing parameters.The optimized process parameters was used to weld the deposited metal and butting joint.After the welding,through the testing methods include X-ray detection,mechanical property test,microstructure observation,the performance of welding butting joint using ER5356 wire was studied.The results show that the average tensile strength for butting joint is 302.5 MPa and the joint coefficient is 0.74 respectively.The fracture position of the butting joint located in the weld zone.The bending performance of the butting joint is good,without cracks and other defects.The hardness value of the weld zone is the lowest,indicating that the weld zone is the weak zone of the welding joint,which is consistent with the fracture position of the tensile test specimen.The mechanical properties and welding properties of butting joints and deposited metals are good.Keywords:processing parameters;joint coefficient;welding bead forming;tensile strength引用格式：陈鹏达，徐锴，徐玉君，等.7A52铝合金中厚板MIG焊接工艺优化 J.电焊机，2023，53（1）：84-90.Citation:CHEN Pengda,XU Kai,XU Yujun,et al.Optimization on MIG Welding Processing Parameters of 7A52 Aluminum Alloy Medium-Thickness PlateJ.Electric Welding Machine,2023,53(1):84-90.*收稿日期：2022-02-21修回日期：2022-07-30基金项目：黑龙江省“百千万”工程科技重大专项（2020ZX03A01）作者简介：陈鹏达（1989），男，工程师，硕士，主要从事有色金属焊接方面的研究工作。DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2023.01.130前言7A52铝合金是我国自行研制的Al-Zn-Mg系装甲铝合金，具有比强度高、断裂韧性好、耐蚀性好、无磁性、抗低周疲劳性能优良等特点，已广泛应用于装甲车辆的车体、炮架、防护单元板等构件上，是国军标唯一的高强可焊铝合金，目前在航空航天、轨道交通等领域也得到了批量应用1-6。7A52铝合金板材主要采用熔化极惰性气体保护焊（MIG）和搅拌摩擦焊（FSW）7-9。FSW焊接质量较好，但操作不够灵活，对于复杂焊缝的金属结构不大适应，加之设备成本较高，所以绝大多数行业仍然采用 MIG 焊。7A52 铝合金常用焊丝为 ER535610。余进11等人采用双丝 MIG 焊得到了性能良好的7A52铝合金焊接接头，大多数试样接头的抗拉强度大于280 MPa，焊接系数约为0.7。虽然MIG焊可使用的电流范围较大，但是由于MIG焊能量密度较低，且不够集中，在焊接导热率极高的铝合金时，熔深十分有限。若要获得大熔深，则需要较高的热输入量和较低的焊接速度，但这会导致焊接接头组织粗大、力学性能变差，且在厚板焊接过程中需要进行多道焊接，造成缺陷累加，焊后工件会出现严重变形。章友谊等12利用进口5356焊丝对7A52铝合金进行双面MIG焊接，接头抗拉强度近300 MPa，焊缝组织由（Al）+（Mg2Al3）相组成，产生这种结果的原因是在较大电流下Zn几乎都被蒸发掉了。虽然双丝MIG焊接头质量整体较优，但牺牲的是焊机的灵活性，需要两台焊机和一个通讯装置来保证焊接过程两个电弧之间互不干扰，控制过程复杂、难度大。单丝MIG焊机轻巧方便、机动灵活，强度能够得到应用保证，在实际应用中起着不可替代的作用。本文先采用单丝MIG方法在20 mm厚7A52铝合金板材上进行焊接工艺试验，然后采用焊接工艺试验优化后的工艺参数进行熔敷金属和对接接头的焊接，焊后进行无损探伤、力学性能试验、显微组织观察等，以期为制定ER5356焊丝焊接7A52铝合金MIG焊接工艺提供理论和实验依据。1试验材料与方法焊接熔覆金属和对接接头的母材为20 mm厚7A52铝合金，保护气体为质量分数为99.999%的氩气，焊接设备为福尼斯 MIG TPS5000 型半自动焊机。采用1.6 mm的ER5356焊丝，母材及焊丝的化学成分如表1所示。7A52母材抗拉强度为501 MPa。对接接头试板规格320 mm150 mm20 mm，接头坡口形式示意如图1所示；熔敷金属试验试板规格150 mm125 mm20 mm，坡口形式示意如图2所示。试验前打磨坡口两侧30 mm的部位及坡口内部，避免板材上的油污及氧化膜等对焊接质量的影响。对接试验完成后，对试板进行X射线检验，执行标准GB/T 3323.12019 焊缝无损检测 射线检测 第一部分：X和伽玛射线的照片技术，检验合格后制备金相试样和拉伸试样。焊缝横截面经研磨、NaOH-H2O溶液浸蚀后，用光学金相显微镜观察焊表1母材及焊丝的化学成分（质量分数，%）Table 1Chemical composition of base metal and welding wire图1对接接头坡口形式示意Fig.1Groove form schematic of butt joint图2熔覆金属坡口示意Fig.2Groove form schematic of deposited metal第 1 期陈鹏达，等：7A52 铝合金中厚板 MIG 焊接工艺优化0前言7A52铝合金是我国自行研制的Al-Zn-Mg系装甲铝合金，具有比强度高、断裂韧性好、耐蚀性好、无磁性、抗低周疲劳性能优良等特点，已广泛应用于装甲车辆的车体、炮架、防护单元板等构件上，是国军标唯一的高强可焊铝合金，目前在航空航天、轨道交通等领域也得到了批量应用1-6。7A52铝合金板材主要采用熔化极惰性气体保护焊（MIG）和搅拌摩擦焊（FSW）7-9。FSW焊接质量较好，但操作不够灵活，对于复杂焊缝的金属结构不大适应，加之设备成本较高，所以绝大多数行业仍然采用 MIG 焊。7A52 铝合金常用焊丝为 ER535610。余进11等人采用双丝 MIG 焊得到了性能良好的7A52铝合金焊接接头，大多数试样接头的抗拉强度大于280 MPa，焊接系数约为0.7。虽然MIG焊可使用的电流范围较大，但是由于MIG焊能量密度较低，且不够集中，在焊接导热率极高的铝合金时，熔深十分有限。若要获得大熔深，则需要较高的热输入量和较低的焊接速度，但这会导致焊接接头组织粗大、力学性能变差，且在厚板焊接过程中需要进行多道焊接，造成缺陷累加，焊后工件会出现严重变形。章友谊等12利用进口5356焊丝对7A52铝合金进行双面MIG焊接，接头抗拉强度近300 MPa，焊缝组织由（Al）+（Mg2Al3）相组成，产生这种结果的原因是在较大电流下Zn几乎都被蒸发掉了。虽然双丝MIG焊接头质量整体较优，但牺牲的是焊机的灵活性，需要两台焊机和一个通讯装置来保证焊接过程两个电弧之间互不干扰，控制过程复杂、难度大。单丝MIG焊机轻巧方便、机动灵活，强度能够得到应用保证，在实际应用中起着不可替代的作用。本文先采用单丝MIG方法在20 mm厚7A52铝合金板材上进行焊接工艺试验，然后采用焊接工艺试验优化后的工艺参数进行熔敷金属和对接接头的焊接，焊后进行无损探伤、力学性能试验、显微组织观察等，以期为制定ER5356焊丝焊接7A52铝合金MIG焊接工艺提供理论和实验依据。1试验材料与方法焊接熔覆金属和对接接头的母材为20 mm厚7A52铝合金，保护气体为质量分数为99.999%的氩气，焊接设备为福尼斯 MIG TPS5000 型半自动焊机。采用1.6 mm的ER5356焊丝，母材及焊丝的化学成分如表1所示