省科學院中烏焊接所改進中厚板鋁合金高效等離子焊接技術

2020-12-27 瀟湘晨報

鋁合金因具有比重小、比強度大、耐海水腐蝕性好、無磁性、低溫性能好等優點，在航空、航天、汽車、機械製造、船舶及化學工業中已大量應用，對鋁合金焊接結構件的需求也日益增多，然而鋁合金焊接工藝中存在氣孔多、焊接變形大、效率低等問題仍制約了鋁合金在關鍵結構的應用。

近期，省科學院中烏焊接所高能束流研發中心科研人員基於中烏國際科技合作基礎，開展中厚板鋁合金高效等離子焊接技術研究，採用等離子-MIG複合焊接和變極性等離子焊接方法，解決了鋁合金焊接的缺陷問題，與傳統的焊接方法相比，其抗腐蝕性能和疲勞性能有了明顯提高，有望擴大該技術在船舶、航空等關鍵結構的應用。

通過採用等離子-MIG同軸複合焊接5083鋁合金改善焊接接頭的組織和耐蝕性能，通過電化學阻抗譜（EIS）測試分析，結果表明焊接接頭抗腐蝕性能沒有下降，接頭的Nyquist圖比一般材料的Nyquist圖複雜，表現為兩個相連的半圓形，模擬分析獲得系統包含兩個R-C並聯電路和兩個時間常數。焊縫金屬的電阻值比母材金屬電阻值高，抗腐蝕性更好，線性極化（LP）和電化學阻抗譜（EIS）曲線試驗結果一致。分析認為採用同軸等離子體和MIG電弧作為熱源，焊絲和MIG電弧被等離子弧包圍，可使熔滴過渡和熔滴熱向母材的轉變更容易控制，不僅具有等離子與MIG焊接的協同作用，優化了焊接接頭組織和提高了抗腐蝕性能，而且具有較高的焊接效率。該研究進展為鋁合金在海洋工程領域的應用提供了技術儲備及理論基礎。

通過優化變極性等離子焊接5083鋁合金工藝改善焊接接頭成型與疲勞性能，結果表明與傳統的鎢極惰性氣體焊接接頭相比，變極性等離子焊接接頭具有較高的耐久極限（141 MPa），分析認為焊接過程中形成的小孔和變電流方式分別是保證鋁合金焊縫深度熔透和提高焊縫質量的關鍵。焊縫區顯微硬度總體上變化不大，但出現局部軟化和層狀分布，分散相(Mg2Al3)和第二相(Fe, Mn) Al6在不同區域的顆粒大小、形狀和分布不同，對接頭的性能有顯著影響，該研究進展為鋁合金在長時間服役條件的應用環境提供了技術儲備及理論基礎。

以上研究成果分別以「Microstructure and fatigue behavior of variable polarity plasma arc welded Al-6.2Mg alloys」和「Microstructure and corrosion resistance of Al5083 alloy hybrid plasma-MIG welds」為題發表在材料科學領域TOP期刊《Journal of Materials Processing Technology》（JCR一區）。該研究工作得到廣東省科技專項、廣東省科學院科技專項等項目的支持。

（省科學院中烏焊接所 蔡得濤/供稿）

【來源：廣東省科學院】

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