不同焊接材料對6008-T7 鋁合金焊接接頭組織和性能的影響

0 前 言

6008 鋁合金屬于Al-Mg-Si 系可熱處理強化型中等強度鋁合金， 具有良好的熱成型性、抗蝕性、 冷變形性、 焊接性、 抗疲勞性和韌性， 其由6005A 合金發展而來， 兩者的不同之處主要是6008 合金中加入了0.05%～0.15%的釩

。 由于6008 鋁合金在受到小規模沖擊時只發生微小變形， 而在受到大規模沖擊時發生折疊變形， 目前已被廣泛應用于汽車防撞梁、 吸能盒等部件。

MIG 焊作為鋁合金焊接常用的方法， 在焊接過程中易產生氣孔、 裂紋等缺陷， 且接頭軟化嚴重， 選擇合適的焊接材料有利于提高焊接接頭的性能。 6008 鋁合金在焊接過程中， 通常采用5 系鋁合金焊絲作為填充材料。 目前關于采用不同型號的5 系鋁合金焊絲焊接6008鋁合金的研究較少， 因此， 根據母材的成分和性能， 本試驗選用了ER5087 和ER5356 兩種與母材成分相近、 強度相當的5 系鋁合金焊絲進行手工MIG 焊接， 研究這兩種不同的5 系鋁合金焊絲對6008-T7 鋁合金焊接接頭微觀組織與力學性能的影響， 為今后6008 鋁合金的實際生產應用提供數據積累及理論依據。

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1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

本試驗選用6008-T7 （過時效狀態） 鋁合金擠壓型材， 加工成300 mm×150 mm×2 mm 的試板，選用ER5087 和ER5356 兩種常用的5 系鋁合金焊絲， 焊絲直徑均為1.2 mm。 兩種焊絲同屬Al-Mg系不可熱處理強化鋁合金， 都具有較好的焊接性、抗脆性和抗蝕性， 常用于焊接5 系、 6 系鋁合金，其主要差異為ER5087 焊絲中加入了能夠細化晶粒的Zr 元素， 且Mn 元素的含量相對較多， 因而力學性能稍好于ER5356 焊絲。 6008-T7 鋁合金與ER5087 和ER5356 焊絲的化學成分、 力學性能分別見表1 和表2。

1.2 焊接過程

本試驗采用的接頭形式為對接， 使用的焊機為福尼斯TPS5000 手工MIG 焊機。 為最大限度地保證焊縫熔透， 減小焊接電流， 防止出現焊接缺陷， 焊前進行開坡口處理， 坡口形式為V 形坡口， 坡口角度為70°， 坡口尺寸如圖1 所示。 焊前使用丙酮清理母材表面油污、 灰塵等污染物，吹干后用氣動鋼絲刷打磨坡口及兩側30 mm 區域內的氧化膜， 直至露出金屬光澤， 然后將處理好的母材在工作臺上用夾具固定， 為了保證焊接質量， 組對時應盡量無錯邊。 最后使用酒精清理打磨后的區域， 吹干后進行焊接

。 在分別使用兩種不同的焊絲焊接時保持電弧穩定， 無較大飛濺，且焊縫成形良好， 均無表面氣孔、 夾雜、 咬邊等焊接缺陷。 焊接過程中所使用的焊接參數見表3。

依據標準ISO 4136—2001 《金屬材料焊縫破壞性試驗橫向拉伸試驗》 對焊接接頭進行了拉伸試驗， 拉伸測試結果見表4， 不同焊絲焊接接頭拉伸后試樣如圖2 所示。 結果表明，ER5087 焊絲焊接接頭的抗拉強度平均值與ER5356 焊絲焊接接頭相差不大， 且試樣均斷裂在熱影響區處， 說明焊接接頭的最薄弱處均在熱影響區內。 這是由于熱影響區中的晶粒在焊接熱循環的作用下會出現明顯的長大現象，嚴重降低了熱影響區的力學性能， 使其成為整個焊接接頭的最薄弱處。

依據標準ISO 9015-1—2011 《金屬材料焊縫破壞性試驗硬度試驗第1 部分： 弧焊接頭的硬度試驗》 對兩種焊絲的焊接接頭進行硬度檢測， 檢測結果如圖4 所示。 由試驗結果可知，ER5087 焊絲焊接接頭與ER5356 焊絲焊接接頭的硬度分布趨勢相似， 均沿焊縫中心對稱分布，硬度最低值均出現在熱影響區。 在焊縫區內，ER5087 焊絲的硬度高于ER5356 焊絲， 這是由于焊縫區主要為焊絲成分， 其中ER5087 焊絲相對于ER5356 焊絲添加了微量的Zr 元素， 在熔池凝固過程中Zr 元素容易與Al 結合形成納米級的Al

Zr 粒子， Al

Zr 粒子為Al 的形核提供條件，促進非均勻形核， 從而細化晶粒。 晶粒尺寸減小， 晶界對位錯滑移的阻滯效應明顯， 導致位錯塞積， 從而提高了強度

。

1.3 試樣檢測方法

使用光學顯微鏡分別對兩種焊接試樣的熱影響區、 熔合區、 焊縫區進行微觀金相組織觀察，檢測結果如圖5 和圖6 所示， 可以看出兩種焊絲的熱影響區組織相似。 熔合區分為半熔化區和未混合區， 靠近母材一側存在已熔化的液相組織和未熔化的母材， 都呈粗大的胞狀枝晶組織， 此區域為半熔化區； 靠近焊縫一側， 母材與焊絲已全部熔化， 但還未混合， 呈柱狀晶組織， 此區域為未混合區。 兩個區域的分界線為熔合線

。 焊縫區均為等軸晶組織， ER5087 焊絲焊縫區與ER5356 焊絲相比， 組織更加細化， 這是由于ER5087 焊絲中的Zr 元素在焊縫凝固過程中與Al 基體結合形成了少量的Al

Zr 粒子， Al

Zr 粒子與Al 基體的晶體結構匹配度高， 可作為非均勻形核的中心， 形成細小的等軸晶從而促進非均勻形核， 起到細化晶粒的作用

。

2 試驗結果與分析

2.1 焊接接頭拉伸性能

腫瘤干細胞是腫瘤中具有極強自我更新能力和不對稱分化能力的干細胞樣細胞，是惡性腫瘤發生、發展和轉移的重要因素。神經作為“干細胞巢”中的一部分，在維持、保護和調節干細胞中有一定的作用。目前，腸神經系統（enteric nervous system，ENS）中神經元來源和腸上皮中非神經元來源的乙酰膽堿（acetylcholine，ACh）均已被發現能響應于內部或外部刺激而產生，并通過煙堿型乙酰膽堿受體（nicotinic acetylcholine receptors，nAChR）和毒蕈堿型乙酰膽堿受體（muscarine acetylcholine receptors，mAChR）調節細胞活性。

2.2 焊接接頭彎曲性能

依據標準ISO 5173—2009 《金屬材料焊縫破壞性試驗彎曲試驗》 對焊接接頭進行了彎曲測試， 彎曲試驗結果見表5， 彎曲試樣如圖3 所示。 由結果可知， 兩種焊接接頭的彎曲試樣均未出現斷裂且表面都不存在大于3 mm 的裂紋， 說明ER5087 和ER5356 焊絲的焊接接頭都具有良好的彎曲性能。

2.3 焊接接頭硬度檢測

結構補強法主要對一些運行時間相對較長的路橋有較好的處理效果，尤其是裂縫較陳舊情況下尤為適用。對于一些陳舊的裂縫來說，混凝土抗壓性易受火災的不利影響，修補的方法比較多，要根據具體情況采用結構補強法來提高其穩定性，以此增強對外界環境的預應力。此外還可以通過灌漿方法對一些裂縫進行有效修補。在施工過程中，施工企業還需采用嚴格的監管方法對裂縫進行監督與管理，包括前期修補與后期維護，這在較大程度上能夠保證裂縫修補的質量，減少裂縫發生率。

2.4 微觀金相組織觀察

使用島津AG-X 100KNH 型電子萬能試驗機進行橫向拉伸試驗， 加載速率為10 mm/min， 拉伸試樣厚度為2 mm， 每組測試2 個試樣， 取平均值作為測試結果。 使用島津AG-X 100KNH 型電子萬能試驗機進行正面彎曲和背面彎曲試驗，每組測試2 個試樣， 彎曲試樣厚度為2 mm。 使用FV-810 型維氏顯微硬度計對焊接接頭進行硬度測試， 測試點在焊縫橫截面中心與焊縫正面平行排列， 沿焊縫中心兩側各30 mm， 每隔1 mm打一個硬度測試點。 使用蔡司M2m 光學顯微鏡對焊接接頭不同位置進行金相觀察。

3 結 論

（1） 分別采用ER5087 焊絲和ER5356 焊絲焊接6008-T7 鋁合金焊接接頭抗拉強度相當，無顯著差異， 其焊接接頭均具有良好的彎曲性能； 焊接接頭硬度分布趨勢相近， 均沿焊縫中心對稱分布， 硬度值最低點均出現在熱影響區內， 且ER5087 焊絲的焊縫區硬度高于ER5356焊絲。

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（2） ER5087 焊絲和ER5356 焊絲焊接6008-T7 鋁合金的焊接接頭熱影響區和熔合區顯微組織相似， 但由于ER5087 焊絲中Zr 元素的作用， 使其焊縫區組織更加細化。

（3） 在無其他特殊要求的前提下， 這兩種5系鋁合金焊絲在實際生產中均可用于6008-T7鋁合金產品的焊接。

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