6061-T6鋁合金棒材焊接裂紋分析

房繼業，成衛兵，周 躍

(儀征海天鋁業有限公司，江蘇 儀征 211400)

0 前言

6061鋁合金屬于Al-Mg-Si系合金，其特點是具有中等強度、良好的塑性、優良的可焊性及耐腐性，廣泛地應用于汽車、建筑、電力等行業。我公司生產的φ36mm、6061-T6棒材用于汽車行業，用戶加工成蓋頭焊接在儲氣罐上，需承受0.4MPa的壓力，對材料的要求非常高，不允許有夾雜、裂紋、縮尾等缺陷，并且材料具有非常高的致密性，同時對材料的硬度也有很高的要求：布氏硬度不低于90HB。φ36 、6061棒材用戶在加工好的產品上進行打壓試驗，發現有部分產品在焊接邊緣出現泄漏現象。為了弄清其泄漏的原因，對樣件進行宏觀組織、顯微組織檢查及分析，以確定其缺陷的性質和產生的原因，以便在生產中避免此類缺陷。

1 泄漏部位的宏觀及微觀組織

1.1 宏觀組織觀察

1.1.1 泄漏樣件的外觀形貌

從用戶處帶回有代表性的泄漏樣件進行觀察，棒材的直徑為36mm，焊接在罐子上，棒材經加工后端面上有四個孔，在棒的邊緣接近焊接的部位出現泄漏。1.1.2 低倍觀察

把泄漏樣件在線切割上加工成片狀試樣，經過15%NaOH水溶液侵蝕后的樣件的低倍組織特征如圖1所示。

圖1 泄漏樣件低倍形貌

從圖1中可以看出：微裂紋位于樣件的邊部，靠近焊接部位。樣件四周晶粒比較粗大，達到3級，最大的顆粒有3mm。

1.2 顯微組織觀察

樣件泄漏處的顯微組織見圖2、圖3所示。

圖2 泄漏樣件顯微組織 50X

圖3 泄漏樣件顯微組織 100X

從圖2可以看出組織形態不同，左上角為焊材組織而其余部位為母材（6061棒材）。焊材與母材的連接處平穩無異常，也無裂紋等現象。而在接近焊材附近母材的晶界處出現微裂紋，裂紋沿晶界延伸。圖3可以看出裂紋沿晶界Al-Mg2Si共晶相處開裂。

2 討論

鋁合金的導熱系數、比熱容等都很大。焊接時必須采用能量集中功率大的熱源，因此焊接熱處理可強化的鋁合金時，由于焊接熱的影響，會使基體金屬焊縫附近的一些部位的力學性能變壞。氬弧焊焊接時焊點處溫度最高可達1000℃左右，6061鋁合金中Al-Mg2Si共晶相是Al-Mg-Si合金中主要強化相，Mg2Si是一種脆化相，與其他金屬間化合物一樣，存在嚴重的脆性問題。在基體金屬的熱影響區，由于較大的晶粒和沿晶界存在Al-Mg2Si共晶相，所以在晶界處的強度是最弱處，在焊縫冷卻收縮時產生拉應力的情況下，沿晶界處會產生裂紋，以消除焊接的應力。由于泄漏樣件晶粒粗大，沿晶界析出Mg2Si共晶相，高溫焊接時會導致基體的抗張強度和延伸率過低，由于焊縫收縮在沿強度和塑性較差的晶界處產生裂紋。從圖2可以看出焊縫處平穩無異常，說明泄漏與用戶焊接無關系，而與材料晶粒粗大有直接的關系。鋁棒生產過程中對晶粒度的控制尤為重要。

3 結論

6061T6鋁合金棒材焊接裂紋產生的原因與棒材粗大晶粒尤其是邊部晶粒粗大有直接的關系，生產過程中注意對材料的晶粒度加以控制，焊接裂紋的問題可以解決。