浅述合金焊接材料的选择与焊接工艺技术

喻再富

摘要：本文对骨架合金焊接材料选择方法进行分析，并从焊接顺序、焊接方法与加热工艺等方面介绍焊接工艺，最后以钛合金为例开展焊接试验。试验结果表明，在焊接参数不变时，与TIG焊相比，TC4与A-TIG焊的熔深更深、熔宽更窄，且A-TIG焊缝区晶粒更加细小;因A-TIG焊的电流值较大，焊接熔池深度更深，柱状晶更细小。

关键词：钛合金焊接;材料选择;焊接工艺

引言：在工业飞速发展之下，设备整体构造日益复杂，合金焊接材料与工艺对其质量具有直接影响。因此，应加强对焊接材料选择的重视，严格按照施工标准进行焊接，才可提高整体焊接效率和质量，避免出现变形等问题，使机械设备更加可靠，设备使用的安全性能得到显著提升。

1骨架合金焊接材料的选择

以汽车骨架为例，在选择骨架材料时首先要注重汽车荷载能力，在設备合理能力内选择相应的骨架材料，以免因材料选择失误而产生质量问题。当前，车辆骨架材料多使用6Mn、Q235A型的低合金钢材料，两种材料的厚度适中，焊接性能良好，可与设备骨架焊接相关标准相符合，还可满足结构材料方面的要求。此外，二者在焊接时无需热处理便可直接焊接，因此焊接后期骨架的收缩力较小，材料质量风险相对较低。例如，在焊接中材料不容易出现裂缝、气泡等，且对焊接技术的要求不高，将此类材料应用到焊接工作中，可与新时期的材料需求充分符合，促进焊接工艺的可持续发展[1]。

2合金材料的焊接工艺应用

2.1焊接顺序

合金焊接技术适用于骨架焊接，设备骨架如同人体骨骼，对设备具有支撑作用，同时也是各个节点相互连接的基础所在。在车辆整体结构焊接中，由于设备骨架节点数量众多，焊缝多达上百处，且焊缝位置并非完全对称，对焊接工艺带来较大的难度。要想提高焊接质量，便于后期处理，应采用正确科学的焊接顺序。通常情况下，应与设备骨架基本组构结合进行选择。根据施工常理来看，焊接顺序分为对称焊接、由中间向两端焊接两种形式。在选择焊接顺序时，应在保障接头质量的同时，综合考虑效率与经济性。不同焊接方式对熔合区过渡层熔合比具有直接影响，进而影响接头性能，因此无论采用何种焊接顺序，都应确保严格按照焊接流程开展，才可有效减少骨架焊接现象发生，使骨架焊接质量得到显著提升。

2.2焊接方法

骨架结构焊接方法对焊接质量具有决定作用，可影响到结构质量、可靠性、安全性与使用寿命等多个方面。在车架设备焊接中，对焊接技术具有严格要求，首先要考虑到动荷载力因素，也就是在焊接时要考虑到车辆行驶时产生的最大荷载力，在此基础上进行焊接操作。对此，应对骨架设备刚度进行测试，使其刚度强度得到切实保障，还要考虑到焊接后期骨架收缩力问题，以免因该项力的作用导致质量不达标。此外，还应根据各项参数选择相应的焊接方法，并在工艺实施中对局部参数进行调整。

2.3加热工艺

在骨架焊接过程中，基本原理在于采用恰当的材料将各个节点焊接在一起。对于不同的材料来说，在焊接后产生的焊缝也不尽相同，设备骨架焊接中难免会因焊接仪器作业导致接头受热，如若此时未对材料进行热处理，或者处理方式不当，很容易导致接头因焊热而发生改变，承载力降低，焊接质量也会因此受到较大影响。对此，设备骨架节点焊接中，施工人员应重视对短焊接材料的收弧与衔接处理，使补焊现象得到有效避免。在实际焊接中，应尽可能的减少焊接材料加热频率，使设备焊接质量得到显著提升，与设计刚度相符，骨架设备更加安全可靠[2]。

3钛合金焊接试验

3.1材料与方法

本试验中采用五块钛合金板，尺寸分别为100mm×50mm×2mm的三块，100mm×50mm×6mm的两块。在正式焊接之前，用砂纸对其表面进行打磨，再用无水乙醇清洗后吹干。焊剂为A-TIG焊活性剂、FT-01型活性剂，在投入使用前用无水乙醇调和为糊状。焊机为精密方波焊机，型号为TIG275。试验方法为：在焊接之前，首先将活性剂均匀的涂抹在焊缝表面，焊剂层宽度在10—15mm之间，厚度约为0.03mm，当无水乙醇挥发完毕后便可焊接。在焊接之后，观察焊缝表面变化，在Axioert 200MAT型显微镜下查看焊缝截面的显微组织。本次试验的焊接参数如下：根据钛合金板尺寸的不同，三块小尺寸的板分别编号1号、2号和3号，两块大尺寸的板编号为a板和b板。其中，1号和2号采用A-TIG焊法，焊接电流为70A，电压为17V，焊接速度为14m·/h，氩气流量为6L/min;三号与a号采用TIG焊法，焊接电流为35A，电压为15V，焊接速度为14m·/h，氩气流量为6L/min;b号采用A-TIG焊法，焊接电流为30A，电压为15V，焊接速度为14m·/h，氩气流量为6L/min。

3.2试验结果

3.2.1对焊缝表面的影响

在不同焊法下，对焊缝表面情况进行观察可知，在A-TIC焊接后，焊缝两侧的焊渣众多，焊缝中间有裸露的金属，且焊后余高增加。在常规TIG焊后电弧区的反应较为激烈，电弧前部收缩，后拖现象显著。同时，焊丝到钨棒下方才可熔化，熄弧位置的弧坑形态也表明电弧具有较强后拖现象，弧坑窄且长。

3.2.2对熔深、熔宽与微组织的影响

在常温状态下，钛合金为a+β双相组织，a相为白色，β相为黑色，且掺杂在a相中间，两相为层状分布。焊缝作为重结晶组织，晶粒较为粗大，以柱状为主，内部交错掺杂着少量针状a组织与马氏体。根据显微图像可知，在焊接参数相同的情况下，钛合金A-TIG焊与TIF焊相比，熔深更深，熔宽更窄，且前者在焊后还会出现许多柱状晶组织。

3.2.3焊接电流的影响

根据试验结果可知，在相同的焊接状态下，当焊接电流越大时，熔池深度便越深，柱状晶的数量越多，且密集排列。将焊接电流为70A和35A的图像进行对比可知，前者的晶粒更小，这意味着在A-TIG焊中特定电流范围内，当电流数值增加时，焊缝区晶粒便会越小，使焊接组织更加优良。通过试验图像可知，焊缝周围区域的焊接组织晶粒更加粗大，而与熔池相距较远的晶粒，则更加细小，这说明因熔池区的温度相对较高，且高温持续时间较长，因此晶粒便会更加粗大。根据图像还可看出不同区域中，焊接接头的显微组织有所区别，在与焊缝相近的位置，处于接头焊接热影响区，在热循环的影响下，组织也发生明显改变，主要为原始a相与马氏体。因该区域组织分布不够均匀，成分复杂多样，属于接头最为薄弱之处，很容易在焊接时出现质量缺陷。

根据上述试验结果可知，在焊接参数不变时，与TIG焊相比，TC4与A-TIG焊的熔深更深、熔宽更窄;且A-TIG焊缝区晶粒也更加细小;因A-TIG焊的电流值较大，焊接熔池深度更深，柱状晶更细小[3]。

结论：综上所述，在经济与科技飞速发展之下，骨架焊接质量对设备整体性能具有决定作用，还会对骨架质量、设备安全与寿命具有较大影响。对此，首先要科学合理的选择焊接选择，并根据实际情况，从多个角度提升焊接工艺质量，为机械设备的现代化发展打下坚实基础，通过对焊接工艺的创新研究，推动我国工业行业的可持续发展。

参考文献：

[1]李青岗，褚衍怀.浅析铝合金材料焊接工艺参数的选择[J].中国化工贸易，2018，10（25）.

[2]魏荣奇.焊接材料及工艺对铝合金焊接性能的影响[J].城市建设理论研究（电子版），2018，000（010）：3956-3956.

[3]谢合胜.论焊接材料及工艺与铝合金焊接性能之间的联系[J].时代农机，2019（8）：56-56.