焊接參數(shù)對6082 T6鋁合金型材焊接后性能的影響

摘 要：為研究常見鋁合金型材熔化焊接后實際力學(xué)性能情況，本文以2mm 6082T6鋁合金擠壓板材為實驗對象，以對接焊接的方式進行焊接實驗，重點開展了焊接方式、焊絲成分及CMT單雙脈沖模式對焊后型材力學(xué)性能的影響試驗。實驗采用TIG、MIG、CMT等生產(chǎn)過程普遍應(yīng)用的焊接方式及6xxx鋁合金常用焊絲（4043和5356）作為工藝實驗參數(shù)，借助數(shù)控銑床進行拉伸試樣制作，隨后在萬能拉力實驗機對焊接后材料力學(xué)性能進行表征。結(jié)果表明：保持焊接電流和焊絲合金成分等不變的情況下，不同焊接方式下拉伸后樣品均在焊縫位置斷裂，TIG、MIG焊接屈服強度和抗拉強度高于CMT焊接后強度，但TIG和MIG更容易產(chǎn)生氣孔等缺陷。保持CMT焊接方式和焊接參數(shù)一致的情況下，5356合金焊絲焊接后合金強度略高于4043合金焊絲焊接后樣品，但焊接后5356焊絲延伸率明顯低于4043焊接后樣品。最后，保證其他參數(shù)不變的情況下，CMT單脈沖和雙脈沖模式對焊接后合金性能影響不明顯。

關(guān)鍵詞：6082鋁合金；CMT；MIG；力學(xué)性能

中圖分類號：TG407

AlMgSi合金具有密度低、比強度高、成型性優(yōu)良、耐蝕性好、焊接性能優(yōu)良、易于拋光以及表面著色性能優(yōu)良等特點，被廣泛應(yīng)用于軌道交通、汽車、船舶、電纜、建筑及裝飾領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。近年來，隨著新能源汽車領(lǐng)域的快速發(fā)展，鋁合金應(yīng)用得到進一步拓展。新能源汽車用鋁合金型材主要為電池托盤、左右門檻梁、前后防撞梁、天窗導(dǎo)軌及行李架等部件，其中電池托盤重量占比最大。目前，新能源汽車用電池托盤主要以型材+焊接拼框方式為主。

AlMgSi合金屬于可熱處理性鋁合金，對于可熱處理鋁合金而言，焊接過程中熱影響區(qū)中原有納米析出等第二相會失效，使得該區(qū)域及其附近材料發(fā)生軟化，嚴(yán)重影響焊接接頭處力學(xué)性能，為降低焊接后熱影響區(qū)域的軟化效果，焊接技術(shù)也在相應(yīng)發(fā)展。其中冷金屬過渡焊創(chuàng)造性將焊絲運動和熔滴過渡相結(jié)合，通過精確控制能量輸入，實現(xiàn)無電流狀態(tài)下的熔滴過渡，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于鋁合金焊接領(lǐng)域。

截至目前，汽車用鋁合金根據(jù)其焊接特點進行焊接方式選擇，使用最廣泛的焊接主要為熔化極惰性氣體保護焊（MIG）、鎢極惰性氣體保護焊（TIG）和冷金屬過渡焊（CMT）。CMT焊接與傳統(tǒng)的MIG/MAG釬焊相比，熱輸入量更小，可有效減少變形，尤其適用于薄板焊接。此外，焊接后熱影響區(qū)的軟件效果還與焊絲選擇有關(guān)，焊絲選擇應(yīng)優(yōu)先選擇與母材成分相同或相近的牌號，這樣可以確保焊縫與母材之間的力學(xué)性能和耐蝕性相匹配，從而獲得更好的焊接質(zhì)量。而AlMgSi可選擇4xxx和5xxx焊絲進行焊接，不同焊絲焊接后其性能也需進行相關(guān)驗證。所以探究焊接方式及焊絲成分的選擇對焊接后合金性能有著至關(guān)重要的作用。

本文以南南鋁業(yè)股份有限公司自產(chǎn)2mm壁厚6082T6鋁合金擠壓板材為研究對象，重點研究了不同焊接方式及焊絲成分對薄板焊接后合金性能的影響，為后續(xù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用焊接方式和焊絲的選擇提供數(shù)據(jù)支撐。

1 實驗材料及方法

實驗材料為本公司生產(chǎn)的6082T6鋁合金擠壓板材，板材經(jīng)熔煉、鑄造、均勻化熱處理后在1400T機上擠壓成型，擠壓產(chǎn)品外形尺寸為2mm×140mm，擠壓比為55。擠壓完成后經(jīng)切頭尾后入爐進行170℃/10h處理，處理后產(chǎn)品鋸切為150mm進行焊接實驗。

試驗焊接時采用氬氣作為保護氣體以防止金屬熔滴、熔池金屬與空氣中的氧氣或其他雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生夾雜影響焊縫質(zhì)量。焊絲分別選擇AlMgSi鋁合金焊接常用的4043和5356焊絲，焊絲直徑均選擇為1.2mm，實驗用鋁合金擠壓材料及焊絲成分分別見表1所示。實驗采用不開坡口對接方式進行焊接，焊接前采用鋼刷將鋁合金板材表面進行打磨氧化表層，減少焊接缺陷產(chǎn)生概率。實驗采用Fronius CMT 5000焊機及TIG焊機，送絲速度和焊接速度分別為4.3m/min和0.4m/min，其余試驗焊接參數(shù)及焊絲選擇詳情見表2。

焊接實驗完成后樣品在CNC上根據(jù)GB/T 2651—2008焊接接頭拉伸實驗方法進行制樣拉伸樣取樣，拉伸樣形狀尺寸如圖1所示，制樣完成后在MTS 45.305微機控制電子式萬能拉力試驗機上進行拉伸性能測試，測試數(shù)據(jù)進行記錄處理。

圖1 拉伸樣尺寸示意圖

2 實驗結(jié)果與分析結(jié)果

2.1 焊接方式對焊后性能的影響

不同焊接方式下鋁合金拉伸后斷裂試樣及斷口情況如圖2、圖3所示，可以看出均在焊縫位置斷裂，其力學(xué)性能見表3。相同焊接參數(shù)條件下，采用TIG與MIG焊接后其力學(xué)性能相差不大，抗拉強度均為180MPa左右，而CMT焊接后其抗拉強度最低，為166MPa。CMT延伸率與MIG焊接相當(dāng)，延伸率在4左右，但TIG焊接延伸率僅為1.8。從拉伸后斷裂位置斷口截面（見圖3）可以看出TIG焊接后焊縫位置存在明顯的孔洞，而MIG焊接后存在微小氣孔，CMT焊接后基本無明顯孔洞。

TIG焊接熱輸入量大，母材熔深更大，焊接完成后在熔池降溫過程中，由于鋁合金為良好導(dǎo)熱體，在焊接熔化過程中仍存在部分熔體卷氣，雖然產(chǎn)生的氣泡數(shù)量不多，但仍存在過熱熔池冷卻時來不及逸出氣體，從而形成皮下氣孔。這些氣孔在拉伸過程中優(yōu)先成為裂紋源，使得產(chǎn)品延伸率下降明顯。而MIG和CMT焊接熱輸入量較小，焊縫熔深較TIG更小，不易產(chǎn)生氣孔缺陷。所以TIG焊接后其強度較高，但由于氣孔存在造成其延伸率明顯低于CMT和MIG。CMT焊接后性能較差主要源于熱輸入量小，Mg燒損較MIG和TIG焊接更少，但由于焊接時焊縫熱量較少，相同環(huán)境下試樣冷卻速率較快，熔池Mg2Si析出較少，使得焊縫強度有所下降，但其延伸率相對有所提升。

2.2 焊絲成分對焊后性能的影響

6xxx鋁合金焊接常使用4043和5356焊絲，為探究不同焊絲合金牌號對焊接后性能的影響，采用相同CMT焊接參數(shù)進行焊接實驗，焊接后產(chǎn)品力學(xué)性能見表4。經(jīng)5356焊絲焊接后力學(xué)性能中抗拉強度突破200MPa，超過4043合金焊絲10MPa，但5356焊接后延伸率較4043焊絲下降明顯。由圖4中焊接后斷口可以看出不同焊絲斷口位置均未出現(xiàn)明顯焊接缺陷，5356焊接后斷口較為平整，屬于混合斷裂，而4043斷口呈45°斷裂，斷口塑性變化明顯，為典型韌性斷裂。

4043焊絲在焊接過程中，外界熱出入基體發(fā)生熔化，使得基體中Mg元素受熱燒損，造成焊縫熔池中Mg含量下降，在后續(xù)凝固冷卻過程中強化析出相密度及數(shù)量下降。而5356焊絲具有較高Mg含量，在熔化過后雖有燒損，但焊縫處Mg含量仍遠超基體中應(yīng)有Mg含量。從而造成Mg含量過剩，Mg2Si在冷卻過程中析出相密度增加，所以其強度有所增加；但Mg含量過多，Mg2Si尺寸增加，其延伸率明顯下降。

2.3 CMT單雙脈沖對焊后性能的影響

為探究CMT不同模式下焊接對產(chǎn)品性能的影響，特針對單雙脈沖進行驗證，CMT單雙脈沖焊接后力學(xué)性能如表5所示，可以看出雙脈沖焊接后樣品強度略高于單脈沖，而延伸率上單脈沖略高于雙脈沖樣品，但兩者相差不明顯。因此，從大批量生產(chǎn)制造管控來說，單雙脈沖對合金綜合力學(xué)性能的影響較小。

3 結(jié)論

本文以公司自產(chǎn)2mm壁厚6082T6鋁合金板材為實驗對象，通過研究不同焊接方式（TIG、MIG、CMT）、焊絲成分（4043和5356）及單雙脈沖對焊接后合金性能的影響，得到如下結(jié)論。

（1）在焊接電流和焊絲成分等相同焊接參數(shù)相同情況下焊接，不同焊接仿石材其抗拉強度由高到低順序為TIG、MIG和CMT，而延伸率由高到低則為CMT、MIGH和TIG。

（2）在相同CMT焊接參數(shù)的條件下，5356焊絲焊接后合金強度略高于4043焊接后樣品，但5356焊接后延伸率明顯低于4043焊接后樣品。

（3）CMT焊接時選擇單雙脈沖進行焊接，產(chǎn)品焊接后力學(xué)性能相差不大，在量產(chǎn)過程中可不作為重要參數(shù)進行關(guān)注。

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基金項目：南寧市“邕江計劃”青年人才專項（項目編號：RC20240204）；南寧市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計劃（項目編號：20241024）

作者簡介：唐丹（1987— ），女，壯族，廣西南寧人，本科，中級工程師，研究方向：材料工程。

*通信作者：徐光帥（1985— ），男，漢族，碩士研究生，高級工程師，研究方向：鋁合金材料及輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計與開發(fā)。