范伟强 岳永健 苏振龙
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛266000
摘要：铝合金作为现阶段轨道交通的主要材质，与传统合金材料相比，其密度小、重量轻、强度高并且加工难度较低，成为城际列车、高铁以及地铁的制造原料。铝合金材料具有着较强的化学活泼性及导热性，氧化膜密度则相对较低，这些特性使得铝合金在焊接过程中很容易出现问题，而要想对这些焊接问题进行有效处理，保证铝合金焊接质量，则需要明确铝合金焊接性能及其焊接接头性能，并在焊接过程中进行针对性的处理。
关键词：铝合金；焊接性能；焊接接头
引言
为实现轨道的科学化建造，减少质量问题的出现，越来越多的施工企业通过技术创新等多种举措，对现有施工体系进行升级，旨在实现轨道交通制造体系的升级。
1铝合金焊接性能及焊接接头性能分析
（1）高温强度低。由于金属材料焊接通常都是在高温条件下进行，因此材料熔点对于焊接质量有着直接的影响，铝合金材料的熔点会因合金中纯铝含量不同而存在一定的差异，但通常都在600℃左右，这一熔点与铜等其他材料相对较高，但在进行高温焊接时，其强度与塑性却会迅速降低，这意味着焊接过程中铝合金材料很难支撑住液体金属，而焊缝也会因此而出现塌陷、烧穿等问题。
（2）膨胀系数高。铝合金材料的膨胀系数普遍较高，大多都能达到铜、钢的两倍或以上，而收缩性最高则在75%左右，这意味着在焊接过程中，高温的影响很容易使铝材料因热胀冷缩而出现变形，并发生结晶裂纹、液化裂纹等现象。另外，铝合金的导热性虽然比较高，但在高温影响下其内外部温度仍然会出现差异，温差的变化会使其内外部出现不同的膨胀，并产生较大的内应力，这同样是铝合金焊接容易出现爱你热裂纹的主要原因。同样，焊接完成后，随着焊接接头处温度的不断降低，如果收缩量较大且冷却速度较快，那么其收缩变速率就会随之提高，并使铝合金焊接接头处出现应力-应变状态，而这同样是焊接处产生裂纹的主要原因之一。
（3）氧化能力强。铝材料的氧亲和力非常强，长期暴露在空气中很容易形成氧化铝薄膜，这种薄膜虽然厚度较低，且具有着较高的密度与结实度，但熔点却高达2050℃，如果在未经处理的情况下直接进行焊接，铝材料就很难与其他金属材料有效结合起来，焊接接头出也会因氧化铝残渣的存在而出现气孔。此外，氧化膜薄膜本身具有着吸附水分的特点，在焊接时氧化薄膜表面的水分会迅速汽化并分解为氢气，而在焊接结束后，由于铝合金材料温度迅速降低，氢气的溶解度也随之下降，并最终上浮造成气孔，直接影响焊接质量。
2铝合金焊接接头组织分析
对于铝合金焊接接头组织的分析，无疑能够较好地把握焊接区域的基础参数，对于焊接接头的处理提供针对性的引导，增强焊接接头的处理能力，从而将焊接接头应力以及形变量控制在合理的范围之内，确保铝合金的焊接成效。
2.1铝合金焊接接头组织分析的准备工作
为实现铝合金焊接接头组织特性的科学分析，工作人员在研究活动开展之初，需要设定相应的研究场景，准备必要的研究材料，通过这种方式，为后续研究活动的开展奠定坚实基础，实现量化分析。在这一思路的指导下，选择现阶段轨道交通常用的厚度为16毫米的铝合金作为主要研究对象，并根据MIG焊接工艺的主要参数，对焊接焊丝的型号等进行提前的筛选，通过这种方式，确保研究活动的有效性。在为完成上述准备工作之后，还需要对焊接母材的屈服强度、抗拉强度以及断后伸长率等进行测评，并进行记录。焊接过程中，需要对焊接区域进行清洁，避免焊接区域出现油污等，影响焊接成效，并且使用纯度为99.9%的氩气作为焊接保护气体，根据相关要求，对MIG的焊接参数进行必要的调节控制。
在根据相关焊接参数要求，完成焊接操作后，需要通过线切割加工法对焊接接头区域进行取样处理，取样工作完成之后，借助于铣床等设备，对焊接接头区域进行加工处理，在加工处理的过程中，要尽可能地消除打磨处理环节在焊接接头表面出现的缺陷，铣床处理加工完成后，还需要根据实际情况，选择不同型号的砂纸，对接头区域继续进行打磨处理。通过这种处理方式，实现对6082-T6铝合金MIG焊接接头区域真实状态的全面反应，为后续焊接接头组织分析以及疲劳性评估创造了便利条件。
2.2相关观测仪器的合理化使用
铝合金焊接接头组织分析过程中，需要借助于相应的仪器设备，对接头组织进行显微分析，通过对观测仪器的合理化使用，实现对焊接接头组织真实情况的全面反馈。在焊接接头组织分析的过程中，需要注重做好，焊接接头区域焊接晶体性状以及结构强度的分析。目前对于晶体结构的检测主要采用光电显微镜，通过显微镜进行细致的观察，而对于焊接接头的结构强度，则主要采用通过显微硬度测试这种检测方法进行。例如使用光电显微镜，对焊接接头区域的组织形态进行细致观察，根据观察结果，实现对焊接组织状态的分析。通过对研究材料的显微观察，可以发现，在经过焊接工艺的焊接处理后，铝合金焊接接头区域的边缘位置出现了柱状晶体，痕接缝隙的位置则出现了树枝状晶体，所有晶体均表现出连生结晶的特点。在对这些晶体进行硬度检测后课可以发现，焊接接头区域的晶体结构强度明显低于铝合金的母材，并且在焊接接头的中心11毫米的半径内，硬度最低。
3铝合金焊接工艺
3.1气体保护装置
铝合金中一些元素的熔点较低，在高温气体的作用下，会发生较为严重的烧损现象。为了避免合金中这些元素出现烧损，可对气体保护装置作出更改。气体保护装置要减小喷嘴的直径，并增大气体的压力和流速。气体吹气的方式分为直吹和侧吹，在焊接过程中，要结合具体的状况，选择适合的吹气方式。
3.2表面处理
由于铝合金对激光有较高的反射作用，因此在进行激光焊接前可先对其作表面处理。常用的表面处理方式有阳极氧化、喷砂等，很大程度上提升了对激光的吸收率。在进行激光焊接前，可用焊前处理的方式，提升工件的温度，金属材料对激光的吸收率也会升高。
3.3激光焊接工艺
铝合金激光焊工艺中，激光焊接的优点很多。利用激光焊接的方法不仅仅可以使横截面达到最大化，还可以减少材料的使用从而降低成本，与此同时还可以增加断面系数和惯性力矩。激光焊接工艺主要运用激光器进行输出，借助光源进行聚焦，从而让光束具有高能量，在实际的焊接中主要对铝合金焊接金属进行熔化焊。同样由于激光焊往往具备脉冲功率激光焊接工艺和连续功率激光焊解工艺。因此，在实际的焊接中，利用激光焊接工艺需要在焊接过程中，激光不和铝合金工件发生反应，因此具有灵活性，同样在焊接过程中，对激光焊接头实行对接或着搭接。激光焊焊接工艺主要具备以下几点应用优势：其一，焊接部分变形较小；其二，焊接强度较高；其三，焊接过程没有连接的间隙，焊接位置在整个焊接过程中不会发生变形；其四，焊接性能得到展现。
结语
而言之，受铝合金材料焊接性能及焊接接头性能影响，其在焊接过程中很容易出现气孔、塌陷、裂纹等缺陷，而要想避免这些缺陷的形成，则还需要在焊接工序、焊接工艺、焊接材料等方面采取针对性的处理措施。
参考文献
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