汽车铝水箱钨极氩弧焊接头组织和性能研究

作者:曾珠;叶家飞; 刊名:铸造技术 上传者:王兰英

【摘要】采用金相组织与拉伸性能测试方法,研究了汽车水箱用铝合金钨极氩弧焊接头组织和性能。结果表明,采用ER5183焊丝时,焊缝表面成形良好,表面未发现裂纹,焊接头力学性能最佳。采用5083边角料时,力学性能次之。采用仿ER5183焊丝时,表面出现明显裂纹,焊缝组织中出现较多气孔和夹杂,力学性能最差。

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汽车水箱又称散热器,是汽车冷却系统中主要机件;其功用是散发热量,冷却水在水套中吸收热量,流到散热器后将热量散去,再回到水套内而循环不断,从而达到散热调温的效果。汽车水箱主要由散热器芯子、水管、散热空气叶片、上水箱及下水箱等组成。散热器的材质大部分是铝合金,其连接技术极其重要[1,2]。适合铝合金水箱的焊接方法有很多,主要有气焊、电阻焊、扩散焊、搅拌摩擦焊、电子束焊和钎焊等[3-5]。扩散焊接方法连接强度较低;电阻焊成本较高,密封性不好;电子束焊焊接时易产生裂纹。钨极氩弧焊接时在惰性气体保护下进行,可以阻止空气中杂质气体的侵入,焊缝成型美观,接头性能较高。本文采用手工钨极氩弧焊方法,通过采用不同类型填充材料对汽车铝水箱进行焊接,研究铝合金TIG焊接接头组织和性能,为汽车铝水箱焊接提供试验基础。1试验材料与方法试验材料为5083铝合金,材料化学成分见表1。采用线切割将其加工成50mm50mm3mm的试样,焊接前用砂纸打磨长边,减少毛刺,并用丙酮溶液清洗油污。分别采用进口ER5183焊丝(化学成分见表2)、5083合金边角料和自行研制仿ER5183焊丝作填充材料。采用钨极氩弧焊对汽车水箱用铝合金进行对接焊,焊接角度为70,采用氩气作为保护气,焊接电流100~110A,氩气流量10L/m,钨级直径为3mm。将铝合金用线切割切割后,经镶嵌抛光,采用5g苦味酸、5g醋酸、10mL蒸馏水和100mL乙醇腐蚀5~10s,采用金相显微镜观察焊接接头微观组织。根据ASME-IX标准进行焊缝金属抗拉强度和表1汽车水箱用铝合金化学成分w(%)Tab.1ChemicalcompositionsofAlalloyforautomobilewatertankAlMgCuSiFeCrMnTi余量4.300.100.200.20.200.050.10表2ER5183焊丝化学成分w(%)Tab.2ChemicalcompositionsofER5183weldingwireAlMgCuSiFeCrMnTiZn余量4.500.100.200.200.200.600.150.10图1添加不同焊丝铝合金焊接接头宏观形貌Fig.1Themacro-morphologyofAlalloyweldingjointwithdifferentweldingwire图2添加不同焊丝铝合金焊缝金相组织Fig.2Theweldingmicrostructurewithdifferentweldingwire图3添加不同焊丝铝合金焊接接头力学性能Fig.3ThemechanicalpropertiesoftheAlalloyweldingjointswithdifferentweldingwire屈服强度测试,加载速度为0.2mm/min,取5个试样的平均值。2试验结果及讨论2.1焊接接头宏观形貌图1为分别选用ER5183和仿ER5183焊丝作为填充材料时铝合金焊接接头宏观形貌。可以看出,采用ER5183焊丝时,焊缝表面成形良好,表面未发现裂纹。采用仿ER5183焊丝时,表面出现明显裂纹。裂纹在焊缝中心开裂,由焊缝表面向焊缝根部扩展,同时靠近熔合区处有微小宏观裂纹。2.2焊缝组织图2为铝合金钨极氩弧焊焊缝金相组织。(a)、(b)、(c)分别为添加ER5183、5083和仿ER5183焊丝时焊缝。铝合金母材为板条状组织,经焊接后,焊缝区主要为针状树枝晶。可以看出,采用ER5183焊丝时焊缝组织比较致密,没有气孔和夹杂生成;采用5083母材为添加材料时,焊缝组织中出现少量气孔和夹杂;而采用仿ER5183焊丝时

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