6082-T6鋁合金焊接接頭熱調(diào)修工藝

岳秀峰，鈕旭晶，許鴻吉，謝　明，李秋實(shí)

（1.大連交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧大連116028；2.唐山軌道客車(chē)有限責(zé)任公司，河北唐山064000）

6082-T6鋁合金焊接接頭熱調(diào)修工藝

岳秀峰1，鈕旭晶2，許鴻吉1，謝明1，李秋實(shí)1

（1.大連交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧大連116028；2.唐山軌道客車(chē)有限責(zé)任公司，河北唐山064000）

通過(guò)拉伸、彎曲和硬度等試驗(yàn)以及顯微組織分析，對(duì)三種調(diào)修溫度區(qū)間的6082-T6鋁合金焊接接頭的組織與性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明，在各個(gè)調(diào)修溫度區(qū)間，6082-T6鋁合金焊接接頭的拉伸性能和彎曲性能良好，所有拉伸試樣均在熱影響區(qū)處軟化區(qū)斷裂。接頭均有軟化現(xiàn)象產(chǎn)生，且隨著調(diào)修溫度的升高，軟化現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，軟化區(qū)增大，各區(qū)域組織的晶粒度略有減小，析出相略有增多。

6082-T6鋁合金；焊后熱調(diào)修；組織與力學(xué)性能

0　前言

焊接變形是焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)制造過(guò)程中的普遍現(xiàn)象，相對(duì)鋼而言，由于鋁合金的熱導(dǎo)率是鋼的5倍，線膨脹系數(shù)是鋼的2倍，所以鋁合金的焊接變形比鋼更嚴(yán)重[1-2]。6082-T6鋁合金作為可熱處理強(qiáng)化鋁合金大量應(yīng)用現(xiàn)代化的鐵道運(yùn)輸之中，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，為了解決焊接變形的問(wèn)題，焊后火焰調(diào)修必不可少，但是調(diào)修熱輸入會(huì)導(dǎo)致焊接接頭發(fā)生軟化，導(dǎo)致強(qiáng)度降低[3]。因此，系統(tǒng)研究調(diào)修溫度對(duì)6082-T6鋁合金焊接接頭組織與力學(xué)性能的影響具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1　試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

試驗(yàn)材料為6082-T6鋁合金，試板尺寸300mm× 300 mm×4 mm，采用熔化極氬弧焊，保護(hù)氣體為φ（Ar）70％+φ（He）30％+φ（N2）0.015％，焊接材料選用直徑φ1.2 mm的Al5087焊絲，6082-T6鋁合金及Al5087焊絲熔敷金屬的化學(xué)成分及力學(xué)性能如表1、表2所示，對(duì)接坡口為70°V型坡口，焊接時(shí)采用雙層單道焊，焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表3。

表1　6082-T6鋁合金的主要化學(xué)成分和力學(xué)性能Tab.1Chemical composition and mechanical properties of 6082-T6 aluminum

對(duì)焊后對(duì)接試板進(jìn)行低溫（240℃～260℃）、中溫（280℃～300℃）和高溫（320℃～340℃）氧-乙炔加熱槍采用線狀加熱方式進(jìn)行火焰調(diào)修處理（加熱區(qū)域?yàn)楹缚p及兩側(cè)各30mm），調(diào)修速度80～90cm/min。分別按照ISO17637-2003、EN1289-2002和ISO17636-2003標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接試板進(jìn)行外觀檢測(cè)、滲透檢測(cè)及射線檢測(cè)。拉伸試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)分別按照ISO4136-2001和ISO5173標(biāo)準(zhǔn)，在WDW-300KN微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，彎曲試驗(yàn)采用兩個(gè)面彎試樣和兩個(gè)背彎試樣，壓頭直徑50 mm。根據(jù)GB/T4342-1991《金屬顯微維氏硬度》標(biāo)準(zhǔn)，利用FM-700型顯微硬度儀測(cè)量焊接接頭表面（包括母材和熱影響區(qū)）的維氏硬度，加載200g，加載時(shí)間15s，并使用ORIGIN7.5軟件繪制硬度圖。采用Neophot-32數(shù)碼金相顯微鏡觀察焊接接頭的母材、熱影響區(qū)、焊縫區(qū)及熔合區(qū)的顯微組織，腐蝕液為混合酸溶液。采用JSM-6360LV型掃描電鏡觀察和分析拉伸試樣斷口。

表2　Al5087焊絲熔敷金屬的主要化學(xué)成分和力學(xué)性能Tab.2Chemical composition and mechanical properties of welding wire Al5087 aluminum deposited metal

表3　焊接工藝參數(shù)Tab.3Welding process parameters

2　試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1無(wú)損檢測(cè)試驗(yàn)

不同調(diào)修溫度下的對(duì)接試板表面均無(wú)裂紋、超標(biāo)氣孔。滲透檢測(cè)時(shí)也未發(fā)現(xiàn)有超標(biāo)的線性或非線性顯示。根據(jù)ISO10042-2005B《鋁及其可焊合金電弧焊縫—質(zhì)量缺陷等級(jí)指南》，射線檢測(cè)結(jié)果也無(wú)超標(biāo)氣孔。

2.2拉伸試驗(yàn)

分別對(duì)不同調(diào)修溫度下焊接接頭進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4　拉伸試驗(yàn)結(jié)果Tab.4Result of tensile test

依據(jù)ISO15614-2標(biāo)準(zhǔn)，處于焊后狀態(tài)的焊件抗拉強(qiáng)度Rm（W）應(yīng)滿足要求

式中Rm（W）為處于焊接后狀態(tài)的焊接試樣的抗拉強(qiáng)度；Rm（pm）為有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中所要求的母材抗拉強(qiáng)度的最低規(guī)定值；T為焊接接頭效率系數(shù)。對(duì)于6082-T6鋁合金，T=0.6，由表1可知，Rm（pm）=300MPa，故Rm（W）≥180 MPa。

由表4可知，所有試樣焊接接頭的抗拉強(qiáng)度均大于180 MPa，均滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求。所有試樣均在熱影響區(qū)斷裂，雖然焊縫的熔敷金屬?gòu)?qiáng)度略低于母材，但是MIG焊接時(shí)和焊后熱調(diào)修均使熱影響區(qū)處產(chǎn)生軟化現(xiàn)象導(dǎo)致其強(qiáng)度降低較大，故而熱影響區(qū)成為了焊接接頭較為薄弱的環(huán)節(jié)。拉伸試件斷口全貌均為纖維狀，邊緣與中心均為淺韌窩型韌性斷口。

2.3彎曲試驗(yàn)

分別對(duì)不同熱調(diào)修溫度下的焊接接頭進(jìn)行室溫彎曲試驗(yàn)，共4組，每組四個(gè)試件(兩個(gè)面彎試件和兩個(gè)背彎試件)，彎曲試件尺寸200mm×10mm×4mm。彎曲試驗(yàn)結(jié)果表明，不同熱調(diào)修溫度下的所有面彎和背彎試驗(yàn)均合格，彎曲角均達(dá)到180°時(shí)仍無(wú)裂紋產(chǎn)生。

2.4硬度試驗(yàn)

不同調(diào)修溫度下的焊接接頭顯微硬度對(duì)比如圖1所示。6082-T6鋁合金為熱處理強(qiáng)化鋁合金，在焊接時(shí)產(chǎn)生軟化現(xiàn)象主要原因是熱影響區(qū)在焊接的高溫作用下強(qiáng)化相脫溶析出并聚集長(zhǎng)大，使強(qiáng)化效果減弱，產(chǎn)生“過(guò)時(shí)效”現(xiàn)象，并形成軟化區(qū)，在該域內(nèi)的硬度會(huì)有所下降。

由圖1可知，同種調(diào)修溫度下焊縫區(qū)硬度接近甚至局部高于熱影響區(qū)至母材硬度，這是因?yàn)楹附訜彷斎牒秃负鬅嵴{(diào)修的雙重?zé)彷斎胧沟脽嵊绊憛^(qū)軟化現(xiàn)象嚴(yán)重。同時(shí)，不同調(diào)修溫度下接頭均有軟化現(xiàn)象產(chǎn)生，且隨著調(diào)修溫度的升高，軟化現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，這是由于調(diào)修溫度的升高會(huì)使得接頭的熱輸入量不斷累積，使得強(qiáng)化相大量析出所致。

圖1　不同焊后調(diào)修溫度下接頭硬度對(duì)比Fig.1Hardness test result for different welding process

2.5金相組織

6082-T6鋁合金焊接接頭的顯微組織如圖2所示，焊后熱調(diào)修對(duì)各區(qū)域的組織影響并不大。圖2a為母材顯微組織：沿軋制方向延長(zhǎng)呈纖維狀的晶粒，在α（Al）基體上分布著時(shí)效過(guò)程中析出的Mg2Si強(qiáng)化相；圖2b為熱影響區(qū)顯微組織，與母材相似但由于熱影響區(qū)靠近焊縫，受到焊接熱循環(huán)的影響比母材大，溫度高且冷卻速度快，導(dǎo)致晶粒比母材處粗大些，且析出相也比母材要多；圖2c為焊縫區(qū)顯微組織，主要為α（Al）相基體和其上分布的部分析出的β（Mg2Si）相，焊縫晶粒形態(tài)多為等軸晶，由于焊縫中心冷卻較慢為等軸晶粒且均勻細(xì)小；圖2d為熔合區(qū)顯微組織，左側(cè)為熱影響區(qū)，右側(cè)為焊縫區(qū)，在靠近熔合線的焊縫區(qū)組織并沒(méi)有明顯的柱狀晶組織，靠熔合線的熱影響區(qū)組織由于受到焊接過(guò)程中的熱作用，Mg2Si析出相較多，且在焊接冷卻后晶粒較母材粗大些，與熱影響區(qū)組織基本一致。隨著調(diào)修溫度的增加，各區(qū)域組織的晶粒度略有減小，析出相略有增多。

圖2　焊接接頭顯微組織Fig.2Microstructure of welded joints

3　結(jié)論

（1）在各個(gè)調(diào)修溫度區(qū)間，4 mm厚的6082-T6鋁合金焊接接頭均有良好的拉伸性能和彎曲性能，其中拉伸試驗(yàn)破壞位置均在軟化區(qū)。

（2）三種調(diào)修溫度區(qū)間試樣鋁合金焊接接頭均有軟化現(xiàn)象產(chǎn)生，且隨著調(diào)修溫度的升高，軟化現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，軟化區(qū)也有所增大。

（3）試樣焊接接頭焊縫金相組織為等軸晶，熱影響區(qū)組織為α（Al）基體上分布著時(shí)效過(guò)程中析出的Mg2Si強(qiáng)化相，熔合區(qū)無(wú)明顯柱狀晶。隨著調(diào)修溫度的增加，各區(qū)域組織的晶粒度略有減小，析出相略有增多。

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Repairing after welding process of 6082-T6 aluminum alloy joint

YUE Xiufeng1，NIU Xujing2，XU Hongji1，XIE Ming1，LI Qiushi1
（1.School of Materials Science and Engineering，Dalian Jiaotong University，Dalian 116028，China；2.North Railway Tangshan Railway Vehicle Co.Ltd.，Tangshan 064000，China）

Studied microstructure and properties of 6082-T6 aluminum alloy welded joint which has been repaired in different temperature areas by tensile，bending and hardness test and microstructure analysis.The results showed that all the butt joint of specimens had good tensile and bending performance，all the specimens were broken in softened zone of the HAZ.All the joint of specimens had softening phenomenon which was becoming more and more serious and broaden as the temperature increased. Microstructure in each zone of all the welded joints changed little.

6082-T6 aluminum alloy；repair after welding；preheating temperature

TG457.14

A

1001－2303（2016）04－0071-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.04.15

2015-10-13；

2015-10-25

岳秀峰（1989—），男，遼寧大連人，在讀碩士，主要從事軌道關(guān)鍵材料連接的研究。