【热加工工艺】 7020 铝合金应用于轨道车辆的焊接工艺研究 2013,42 ( 4 ): 148-151 为了将 7 系铝合金成功引入轨道车辆制造领域,必须研究 7 系铝合金在轨道车辆焊接领域应用的可行性。笔者在从事轨道车辆车体焊接工艺开发的过程中,以 7 020 铝合金作为研究对象,通过设计焊接工艺,并开展一系列焊接工艺试验和焊接检测活动,基本掌握了 X020 铝合金的焊接工艺,将该合金成功应用于地铁车辆的生产,为 7 系铝合金在轨道车辆制造领域的应用提供了借鉴。 1 试验材料及方法 1.1 试验材料 试验所用 18 mm 厚 7020-T6(51) 铝板,其 7020 铝合金的 Mg 含量为 1.12% 。根据 文献 报道 , Mg 含量为 1% ~2% 时,铝合金的抗裂能力最低,因此,我们采用了 6 系铝合金焊接用的进口 ER5087 焊丝 Φ1.2 mm ,其 Mg 含量高达 4.6% - 5.2% ,用于补偿焊接熔化区烧损的 Mg ;同时, 5087 焊丝中含有 0.1% ~0.2% 的 Zr ,能够起到降低焊接热裂纹敏感性的作用。 按照 IS015614-2 标准关于焊接工艺评定试验的规定,将 7020 铝合金板加工成 300mm × 150mm × 18 mm 的试板,其中焊缝长度 300mm 。焊接接头形式 7 0°V 型坡口,钝边 1mm ,坡口装配保持零间隙。 为了降低生产成本,在焊接过程中,采用了两种试验方法 : 1 采用北京普莱克斯实用气体有限公司生产的三元气 (70%Ar+3 0%He+0.015%N 2 ) 作为焊接保护气体 ; 2 采用该公司生产的二元气 (70%Ar+3 0%He) 作为焊接保护气体,气体流量均保持 1 8L/min 。 1.2 焊接工艺 焊接工艺评定试验采用 MIG 焊接方法,焊前采用氧一乙炔火焰对焊接区域进行预热,预热温度不超过 120 °C ,层间温度控制在 120°C 以内。分别按照上述两种试验方法进行焊接试验,在水平位置焊接,采用 4 层 7 道焊接,如图 1(b) 所示。通过具体焊接试验的摸索,具体的焊接参数与 6 系铝合金对应板厚的焊接参数大致相同,见表 1 所示。 表 1 焊接参数 焊道 焊接方法ISO4063 焊材规格 电流/A 电压/V 焊接速度/ ( mm · s -1 ) 热输入/ ( kJ/mm -1 ) 1 131 Φ1.2 230 24 13.8 0.32 2 131 Φ1.2 230 24 4.7 0.94 3~4 131 Φ1.2 220 23.8 6.7 0.63 5~6 131 Φ1.2 220 23.8 10 0.42 7 131 Φ1.2 220 23.8 8.5 0.49 2.2 渗透检测 按照 EN571-1 标准,在工作温度 20°C 下,采用 IICd( 着色渗透剂 + 溶剂型清洗剂 + 溶剂基显像剂 ) 型检测方法,对两块试板分别进行了着色渗透检测。焊缝表面没有发现线性显示,有少量不超标非线性显示。按标准 IS023277-2X 评定,焊缝渗透检测结果合格。 X 射线检测无气孔,内部无缺陷。 图 1 不同试验方法的焊缝外观照片 3 理化性能评定 3.1 组织评定 按照 ISO 15614-2 标准确定取样位置,采用卧式锯床沿垂直于焊缝轴线方向截取试样,试样包括焊缝熔敷金属、热影响区及部分。按照 ISO17639 标准对采用两种方法焊接的焊缝进行宏观、微观分析,两种试验焊接接头的焊缝熔合良好,没有宏观裂纹和气孔出现,宏观评定合格;其焊缝及热影响区内均无微观裂纹出现,也没有发现粗大晶粒组织,微观评定合格。 3.2 拉伸及弯曲性能评定 焊接接头的拉伸、弯曲试验按照 IS04136 标准,在 WDW3300 型微控电子万能试验机上进行试验。采用两种试验方法焊接的接头拉伸性能测试结果。可见,方法一和方法二焊接接头的平均抗拉强度值相当,分别达到 287.5 和 280 MPa ,均断在热影响区。根据 IS015614-2 标准,焊接试样的抗拉强度应高于抗拉强度最低规定值乘以接头系数 0.75 。因此,焊接接头的抗拉强度要求值应大于 350x0.75=262.5 MPa 。可见,采用两种试验方法焊接接头的拉伸性能均评定合格。 将两种试验方法焊接后的试板各制取 4 个弯曲试样进行侧弯试验,压头直径 100 mm ,弯曲角度 180 ° 。在试验过程中,两组试样在任何方向上都未出现 >3mm 的裂纹,弯曲试验结果均合格。 4 结论 ( 1 ) 采用 MIG 焊接方法, Φ1.2 mm ER5087 焊丝以及使用两种混合气体分别作为保护气体完成了 7020 铝合金的焊接,通过外观、渗透和射线检测,采用两种保护气体焊接的两块试板,其焊缝质量均满足 IS010042 和 ISO 23277-2X 标准的要求,焊接工艺与 6 系铝合金的焊接工艺类似,证明 7020 铝合金在轨道车辆焊接应用具有较强的适应性。 ( 2 ) 采用三元气和二元气作为保护气体分别焊接了 18 mm 厚 7020 铝合金对接试板,拉伸试验结果显示 , 焊接接头抗拉强度分别达到 282.5 和 280MPa ,分别明显高于 20 mm 厚 6082 铝合金焊接接头 261 和 237.5 MPa 的抗拉水平。 ( 3 ) 采用两种试验方法焊接的接头抗拉强度相当,弯曲性能均能达到 IS015614-2 标准要求,表明采用两种保护气体均能满足 7020 铝合金焊接的需要,在降低成本上采用二元气焊接更具优势。 ( 4 ) 通过将 7020 铝合金应用于地铁车辆牵缓和枕梁的焊接,证明 7020 铝合金在轨道车辆关键部件制造中具有实用性,具有一定的推广应用价值。