主要出现的焊接性问题有：焊缝中的气孔、焊接热裂纹、接头变形及软化等。这些焊接性问题与铝合金的物理性质有关，很难得到根本的解决，在一定程度上也制约其应用前景。

奥地利 Fronius 公司 CMT 冷金属过渡技术是在短路过渡基础上开发的。普通的短路过渡过程是：焊丝熔化形成熔滴、熔滴同熔池短路、短路桥爆断，短路时伴有大的电流（大的热输入量）和飞溅。

而 CMT 过渡方式正好相反，在熔滴短路时，数字化电源输出电流几乎为零，同时焊丝的回抽运动帮助熔滴脱落，从根本上消除了产生飞溅的因素。

使 CMT 焊相比普通 MIG/MAG 焊有一定的优势：

（1） CMT 几乎无电流状态下的熔滴过渡，焊接热输入量极低，焊接变形小；

（2）CMT 焊弧长控制精确，电弧更稳定；

（3）焊缝成形均匀一致[10]。

本文主要探讨镁合金的 CMT 焊方法，对铝合金在工业中的应用具有重要意义。

试验材料及试验方法

1.1 试验材料

试验采用6061 铝合金板材，焊丝采用ER5183 铝合金，焊丝直径φ1.2mm。焊接过程中选用99.99%的高纯氩气做保护气，并且在焊前去除试样表面的油脂及氧化膜。

1.2 试验方法

对6061 铝合金板材进行对接 CMT 焊试验。焊接后，经切割、研磨、抛光和腐蚀，制备成试件。采用金相显微镜进行分析，得到接头的金相显微组织照片。拉伸试样按国家标准 GB2651‐2008《焊接接头拉伸试验方法》中规定取样，采用 CMT5205 型电子万能试验机进行焊接接头的拉伸试验，拉伸速度为 2mm/min。测量试件硬度负载为 25g。

试验结果及分析

2.1 焊接工艺参数

试验采用平板对接焊，采用高纯氩气作为保护气体。由于焊接参数多而复杂，工艺参数对焊接质量起至关重要的作用，CMT 焊机本身自带经过优化的焊接参数专家系统数据库，其焊接电流、电压与送丝速度是协调线性调节的，只需要调节送丝速度，电流和电压会对应随之变化。

同时可以通过弧长修正和电感修正来微调电流和电压，以达到最佳的焊接效果。本套 CMT 设备可以选择不同的焊接模式，每种模式下对应的可调节参数略有不同。试验中选用 CMT 模式，经过前期的工艺试验，总结出影响焊接质量的工艺参数包括焊接电流、电压、送丝速度、焊接速度、弧长修正、焊枪位置及姿态、保护气流量等。

试验选择焊接电流和焊接速度作为可调参数，焊接电流、焊接电压、送丝速度是从焊机控制面板上设定的，系统根据自带的专家库对焊接过程的参数进行即时调节，所以焊接时的实际参数与设定值略有偏差。

采用不同的焊接电流和焊接速度对镁合金搭接焊接，研究焊接电流和焊接速度对焊接成形质量的影响。

实验结果表明：随着焊接电流的增大，焊缝的熔深和熔宽随之增大；当焊接速度增大时，焊缝的熔深和熔宽呈现降低的趋势。

通过试验的观察以及对电弧的稳定性进行调整，得到较佳的焊接工艺为焊接电流 160A，焊接电压19V，送丝速度9.3m/min，焊接速度900mm/min,保护气流量17L/min。

得到的焊缝成形良好，上表面连续平整，为鱼鳞状波纹，并且没有咬边、裂纹、表面气孔等缺陷，如图1所示。

2.2 接头力学性能分析

在优化的焊接工艺下，得到铝合金 CMT 焊接对接试样，按照相应标准将试样上下表面磨平，去除余高，进行拉伸试验。试样如图 2 所示，拉伸试验结果见表1。

拉伸结果显示，接头的断裂位置均在铝合金焊缝处，最大抗拉强度为199.47Mpa，达到母材的80%左右，基本满足强度要求。

4号试样由于焊接速度过快而导致热输入过低，产生未熔合缺陷，从而抗拉强度较低。5号试样焊接电流最小同时焊接速度相对较快，热输入过低使得焊缝未焊透，故抗拉强度最低。

对焊接试样的室温拉伸试验断口进行观察，扫描电镜图如上，可以发现数量较多韧窝存在于断裂起始位置，韧窝类型为穿晶型断裂。

图中，韧窝分部较为均匀，大小相对不一致。断裂时，位错堆积首先产生在焊缝区域内部的晶界、夹杂、析出物以及一些塑性变形不连续的部位，在铝合金中主要发生在气孔区域，应力集中在这些区域发生，

之后在局部塑性变形区域出现微孔形核。随着塑性变形的发展，微孔长大，并发生聚集，最后相互连接导致断裂的发生，同时在断裂面上出现形态、大小及深浅不一的韧窝。

为了研究焊接接头的硬度分布，对焊接接头截面的焊缝区、熔合区、热影响区和母材区进行显微硬度测定。采用MH‐5D自动转塔式显微维氏硬度计，打硬度后，不同区域的显微硬度分布如图3。

由此可见试件的硬度大约分布在60——74HV之间，其中焊缝的硬度大约分布在63——74HV之间，熔合线附近硬度值最高约为74HV。在热影响区内距熔合线约3mm的地方存在一个硬度最低的区，即软化区，其硬度值约60HV。母材硬度曲线较为平均，在65HV左右。

由于试样在焊接热源的作用下，热影响区的固溶区温度比较高，由于镁原子、硅原子大量聚集，使得母相发生了晶格畸变，由质变引起的右边场阻碍了位错的运动，最终导致焊接接头得到加强。

而在距离焊缝较远的地方，即热影响区内出现了一个软化区，这是由于焊接时，该区域的加热温度大于原来时效处理的温度，但是低于固溶温度，使得强化粒子Mg2Si渐渐从母相分离，使得该区域的接头硬度降低，即产生了所谓的“过时效”现象，在热影响区内得到了软化区。该区域是焊接接头的薄弱区，当软化现象严重在、是，接头的机械性能也会产生恶化。

2.3 微观组织特征分析

沿垂直于焊缝方向取样，将制备好的金相试样，用凯勒试剂腐蚀，在光学显微镜下观察焊接接头的组织特征。图4为6061铝合金的显微组织照片。

图中从左到右分别为母材、热影响区、熔合区和焊缝。图中的母材区域，晶粒沿着轧制方向延长，呈纤维状。且在上面的图中能够看到发亮的熔合线，

这是因为在焊接过程中，由于被加热，离焊缝较近的熔合区温度较高，母材时效出的 Mg2Si 粒子大部分固溶到 α（Al）固溶体之中，形成了过饱和的固溶体，从而让颜色变浅。

图 4 为典型的焊接接头组织照片，从图中可以看出焊缝区与热影响区的分界十分明显。热影响区是典型的过热组织，晶粒较粗大，热影响区很窄，虽然其晶粒与母材相比有所长大，但是并不是特别明显。

图中存在一些黑点，产生这些黑点的原因是由于焊接过程中，焊缝中弥散分布着破碎的氧化物，液态的焊缝处于流动的状态之下，表面层状态不均匀，引起了氧化物颗粒在部分地区分布稠密，造成了富氧区，之后在腐蚀剂的作用下就成了黑点。而焊缝区的晶粒则明显比热影响区和母材细小，是典型的铸造急冷组织。

接头处出现上述组织，主要是与焊接热循环过程和铝合金的物理特性有关。在焊接过程中，焊缝区的母材吸收大量的热而熔化，凝固时由于铝合金的导热系数大，散热快，促进了焊缝区金属的快速凝固结晶，从而导致了焊缝区的晶粒细化，因此在焊缝区处得到细小的等轴晶。

热影响区晶粒粗大且较宽，则是由于铝合金的熔点低，导热快，焊接加热时需要大功率，热影响区宽且易于过热，吸收的热量使热影响区的组织发生晶粒长大，从而导致了热影响区的组织晶粒粗大，从而使得热影响区力学性能有所下降。

结 论

（1）采用 CMT 焊工艺可以在获得 6061 铝合金板材高质量的焊接接头. 其表面成形良好，无明显缺陷；

（2）焊接接头抗拉强度可达母材 80%左右，力学性能良好。热影响区出现了软化区，硬度较其他区域低；

（3）焊接接头的热影响区较窄，晶粒稍有长大。焊缝区组织均匀，晶粒细小，主要由细小的等轴晶组成。

本文编辑：糖糖

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