·1补焊工艺试验
1．1CMT焊接工艺
在传统正极性(EP)CMT焊接技术的基础上，福尼斯在2010年成功开发出了CMTAdvanced系列焊机，实现了极性变换，依靠负极性(EN)阶段高的焊丝熔化效率，进一步降低了热输入．新一代焊接具有直流CMT，交流CMT，直流CMT与脉冲混合过渡，交流CMT与脉冲混合过渡，以及纯脉冲过渡等多种工作模式．
1．2CMT补焊试验
为了评价CMT铝合金焊接在多次补焊过程中的热裂纹敏感性，针对某7系列12mm厚铝合金进行补焊热裂纹敏感性试验．补焊试验包括一次补焊、二次补焊、三次补焊试验．试板长350mm，宽150mm，试验件焊道布置和焊接过程见图1．试验过程如下:(1)根据预定的焊接参数，完成过程①试板焊接，试板焊接完成后，切除试件接缝的堆高，进行过程②槽部加工，最后进行过程③一次补焊，获得一次补焊试板;此步骤进行3次，制作三块试板，留一块做最终一次补焊试板，其余两块继续补焊．(2)将第一步骤中的两块板重复过程②③一次，进行槽部加工，完成长度试板的二次补焊;其中一块作为最终二次补焊试板，另一块继续补焊．(3)将第二步骤中的剩余试板继续补焊，切除试件接缝的堆高，重复过程②③一次，进行槽部加工，完成试板的三次补焊．焊接及补焊工艺参数详细见表1．保护气体采用高纯氩气体，焊丝直径1．2mm，焊接在机器人工作站上完成．采用CMT焊接工艺进行一次、二次、三次补焊的试验件经渗透探伤，检测结果未发现裂纹．
1．3脉冲MIG焊接工艺
进行12mm厚板脉冲MIG工艺焊接试验，用以对比CMT铝合金多次补焊后焊接组织的变化．焊接工艺参数见表2所示，保护气体采用高纯氩气体，焊丝直径1．2mm，焊接在机器人工作站上完成．图2为12mm厚脉冲焊接接头宏观照片及焊道分布图．焊道焊接顺序为S1，S2，S3最后焊S4，共四道．
2焊接接头组织演变
对使用CMT工艺进行补焊试验和脉冲焊接工艺的焊接接头微观组织进行观察．金相试样先用砂纸磨制，然后用抛光液抛光．腐蚀后的试样采用蔡司显微镜观察．多次补焊各焊道的微观组织演变如图3所示．从图3a中看到，一次补焊后紧邻补焊焊缝的焊道S1上部组织在补焊热量的作用下晶粒长大，此时S1焊道下部组织也显著粗大，内部的树枝晶形貌消失．从图3b中看到，受两次补焊焊缝热量的作用，S1焊道上部组织继续长大，内部的柱状晶形貌较显著．三次补焊后S1焊道组织变得更为粗大，如图3c所示．CMT工艺一次补焊后F1焊道组织基本没发生变化，如图3d所示．二次补焊后焊道F1上部组织部分发生明显长大，但在试验件近下表面处的焊道F1组织基本没发生变化，表明从最上部补焊焊缝扩散过来的热量较少．CMT工艺三次补焊后焊道F1组织才发生整体变化，靠近试验件内部一侧晶粒显著粗大，靠近试验件下表面处的晶粒也显著长大，但相对较小．说明CMT焊接工艺的热输入相对很低，后焊焊道的热量传递到先焊焊道的热量少．CMT工艺补焊试验过程中焊道交界处的微观组织及脉冲焊接工艺焊道交界处的微观组织如图4所示．从图4中看到，CMT工艺一次补焊后，最下层焊道F1未受到最上层补焊焊道的影响．CMT工艺两次补焊后，受两次补焊焊缝热量的作用，靠近焊道S1的焊道F1上部部分组织才发生微弱变化．CMT工艺三次补焊后，F1焊道组织才开始长大．脉冲MIG工艺的多道焊试验件中，虽然没有进行补焊，但其不同焊道也经受了多次热作用，CMT工艺的焊道组织与图2中所示的脉冲MIG焊接工艺的焊道组织进行对比可以看到:即使不进行脉冲MIG补焊，焊接接头组织也最为粗大，析出相的溶解也超过了CMT工艺的补焊组织．如果进行脉冲工艺的多次补焊，其组织必然进一步恶化．从组织可以明显看出，在当前试验规范下，CMT焊接实际热输入较小，带入到母材中的热量小，焊接接头温度低，有利于改善焊缝和热影响区组织和性能．减小焊缝填充金属中重要微量元素的烧损．分析认为CMT属于短路过渡，所形成的熔滴温度远低于脉冲焊接，且短路期间电流几乎为零，对母材的热输入很小，因此CMT焊接过程温度整体低于脉冲焊．而脉冲焊由于形成熔滴过程电流大，熔滴温度也比CMT工艺高的多．由于CMT工艺的熔滴温度低，对母材热输入小，对铝合金接头性能的改善体现在改善焊缝组织，减少热影响区软化．因此CMT工艺焊缝组织明显改善是由于CMT熔滴温度低，熔滴过渡到熔池后，熔池内的液态金属温度也相对低，导致凝固前沿实际温度梯度小，有利于成分过冷的产生．过冷区域的增大导致在焊缝中心处等轴晶的出现，缩短了柱状晶生长范围，即减少了柱状晶区，扩大等轴晶区，且成分过冷度越大，形核率越大，等轴晶越细小．采用脉冲焊接工艺时，由于熔滴温度高，实际温度梯度大，不利于成分过冷发生，导致柱状晶区域增加，且晶粒粗大，后焊焊道的热量影响到了所有的先焊焊道．
3焊接接头硬度演变
硬度试验根据国际标准《金属材料焊缝破坏性试验硬度试验－电弧焊接头硬度试验》(ISO9015．1:2001)进行．硬度检定区域包括焊缝、热影响区及母材．硬度试验选用维氏硬度载荷4．9N，测点间距1mm．对于12mm厚板，试验中分别测量焊接接头近上表面、中部、近下表面的硬度分布，测量位置见图1a中所示，试验结果如图5所示．从图5中接头硬度分布看，焊缝硬度低于母材硬度，12mm厚板对接接头焊缝中心近上表面、中部的硬度分布随补焊次数的增加呈下降趋势．12mm厚板对接接头中部的硬度分布经过三次补焊后下降较明显，观察12mm厚板补焊接头金相组织发现，CMT补焊工艺会造成相邻焊缝部分晶粒粗大，补焊次数越多，晶粒粗大区域范围越大，引起了组织的过时效，因此带来厚板中部硬度的下降．12mm厚板对接接头近下表面熔合线附近的硬度分布随补焊次数的增加呈上升趋势，分析认为这是由于补焊热量促使近下表面组织时效强化，引起硬度升高．
4结论
(1)相对脉冲MIG焊工艺，厚板铝合金采用CMT焊接工艺进行多次补焊得到的焊缝晶粒度更小，相对脉冲MIG焊工艺，厚板铝合金的多层多道CMT焊接工艺后焊焊道对先焊焊道的热传导较小。(2)CMT补焊工艺会造成厚板中部相邻焊缝部分晶粒粗大，硬度下降．
作者：路浩 单位：南车青岛四方机车车辆股份有限公司
相关专题：西部资源期刊是核心吗 消化内科护理论文
