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超高韧铝镁合金铸件焊补技术研究

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Summary：对于某超高韧铝镁合金工件补焊易出现热裂纹现象，经金相研究，根据相关理论全面探究其产生机理，且组织了多种焊补方法测试，最后选择热处理后焊补工艺，处理了工件补焊缺陷，增大了焊补合格率。

Keys：超高韧镁铝材料；焊补工艺；力学性能

铝镁合金是目前应用最广的轻金属结构材料，具有密度低、比强度和刚强度高、阻尼减震性好、导热性好、机加工性能优良、零件尺寸稳定、易回收等优点。在航空航天、汽车等领域有着广泛的应用。随着对零配件总体性与复杂性要求的提升，大量镁铝合金复杂整体结构件选择采取铸造工艺生产。但是因为铝镁合金存在收缩率高、补缩性差等特征，导致在铸造完成后经常出现气孔、缩松、氧化、冷隔等缺陷。由于铝镁合金存在易氧化，收缩率大等特征，导致铝镁合金工件焊补困难，容易出现热裂纹，经常由于一个较小的问题焊补不达标而造成产品废弃。

1、合金性能特征

1.1化学成分

这种铝镁合金工件的化学成分范围标准与测试成分如表1所示。通过表1得知，合金对主元素镁及铜成分范围标准很高，镁成分范围标准仅有0.6%，但镁在熔炼环节容易烧损，所以很难控制。

1.2材料力学性能

超高韧铝镁合金最大的性质即具备良好的韧性，其伸展率在铸态就能超过20%，T4态、T6态加工后还能提升3%-8%，但其他铝合金通常伸展率均小于5%，极少有超出10%的。而超高韧铝镁合金的防拉强度与屈服强度相较于其他合金毫不逊色。

名称

Mg

Cu

Ti

Mn

Fe

Si

Zn

Ni

Pb

Sn

Cr

Al

成分范围

3.9-4.5

0.2-0.4

≤0.20

≤0.6

≤0.4

≤0.3

≤0.1

≤0.1

≤0.1

≤0.1

≤0.1

余量

测试合金成分

4.3

0.3

0.15

-

-

-

-

-

-

-

-

余量

表1合金化学成分范围标准与测试合金成分

缺陷分析

超高韧铝镁合金是总体厚壁1.5cm的薄壁繁琐结构工件，铸造困难，经多次电脑模拟与实际测试工艺调节，铸造方法基本固定，处理了工件疏松、夹渣、气孔与偏析等缺陷，但有些铸件依旧出产生砂孔、夹渣、单一气孔等小问题[1]。该工件在生产工艺要求，可以焊补单一小问题，所以生产过程能采取焊补方法解决这些很小的缺陷。通过实际焊补操作得知，该超高韧铸件在常温下焊补，将在焊补地方产生裂纹问题，在焊补地方形成的裂纹通常比原始缺陷要大。为提升焊补合格率，避免裂纹形成，提升工件成品率，探究了该超高韧铝镁合金工件焊补工艺方法。

3、焊补方法研究与结果分析

最早对该超高韧铝镁合金工件焊补采取的方法是常见的焊补法，主要焊补工艺参数如表2所示。选择常规焊补方法处理后容易出现裂纹问题。随后针对这一问题，组织了多次测试分析，一般从管理工件热输入着手，调整工件焊补的预热气温、预热时长、焊丝直径与焊补电流等指标。

预热气温/℃

预热时长/h

焊丝直径/cm

焊补电流/A

氩气流量/（L·min-1）

测试数量与结果

200-300

2-2.5

0.4

220-250

15-25

十件，九件出现极严重裂痕

200-300

2-2.5

0.2

220-250

15-25

十件，八件出现极严重裂痕

300-350

2-2.5

0.2

180-220

15-25

十件，六件出现极严重裂痕

表2焊补工艺参数

尽管采用了避免焊接热裂痕的焊补方法，获得了显著成效，但是效果并不达标，依旧产生了一些裂痕。测试时，也常常为热处理后的工件淬火裂痕实施焊补，得知淬火后工件焊补达标率很高，所以建议淬火后焊补，再次制定了焊补方案，且展开了试验。主要热处理与焊补工艺参数见表3。

预热气温/℃

预热时长/h

焊丝直径/cm

焊补电流/A

氩气流量/（L·min-1）

测试数量与结果

531±10

8

0.2

150-170

15-25

30件，2件存在小裂痕

表3铸件热处理方法与焊补工艺参数

使用表3所列参数，合金热处理后，出炉就开始焊补，如此合金温度更高，操作电流更低，且提高了防热裂性能[2]。组织了多次测试，成品率很高，处理了该超高韧合金工件焊补裂痕问题，大大减少了成本支出。

4、结果分析

对超高韧镁铝合金展开了金相研究，进一步探究其热处理出后补焊裂痕率小的机理，由此对材料铸态、T4态、T6态逐个采样展开金相研究。

液膜理论是现今为业界广泛接受的焊补裂痕原理，其表示焊接热裂缝产生的主要原因在于熔池在凝固末期晶间有液膜与熔池在凝固过程受拉应力共同影响的结果，即当铸件冷却至液相线之下某温度后，枝晶相互接触，形成骨架，且逐渐挤在一起，晶间有液相但较少，液体流动较难，无法补缩，在拉应力影响下形成裂痕。凝固末期有液膜是引起热裂痕的本质原因，但熔池收缩困难是形成热裂痕的必要因素。晶间液体外形受晶界界面张力与固液界面张力的均衡关系分配：

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