6082-T6鋁合金焊接接頭熱調修工藝

岳秀峰，鈕旭晶，許鴻吉，謝　明，李秋實

（1.大連交通大學材料科學與工程學院，遼寧大連116028；2.唐山軌道客車有限責任公司，河北唐山064000）

6082-T6鋁合金焊接接頭熱調修工藝

岳秀峰1，鈕旭晶2，許鴻吉1，謝明1，李秋實1

（1.大連交通大學材料科學與工程學院，遼寧大連116028；2.唐山軌道客車有限責任公司，河北唐山064000）

通過拉伸、彎曲和硬度等試驗以及顯微組織分析，對三種調修溫度區間的6082-T6鋁合金焊接接頭的組織與性能進行研究。結果表明，在各個調修溫度區間，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處軟化區斷裂。接頭均有軟化現象產生，且隨著調修溫度的升高，軟化現象越來越嚴重，軟化區增大，各區域組織的晶粒度略有減小，析出相略有增多。

6082-T6鋁合金；焊后熱調修；組織與力學性能

0　前言

焊接變形是焊接結構生產制造過程中的普遍現象，相對鋼而言，由于鋁合金的熱導率是鋼的5倍，線膨脹系數是鋼的2倍，所以鋁合金的焊接變形比鋼更嚴重[1-2]。6082-T6鋁合金作為可熱處理強化鋁合金大量應用現代化的鐵道運輸之中，在實際生產過程中，為了解決焊接變形的問題，焊后火焰調修必不可少，但是調修熱輸入會導致焊接接頭發生軟化，導致強度降低[3]。因此，系統研究調修溫度對6082-T6鋁合金焊接接頭組織與力學性能的影響具有重要的現實意義。

1　試驗材料及試驗方法

試驗材料為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成分及力學性能如表1、表2所示，對接坡口為70°V型坡口，焊接時采用雙層單道焊，焊接工藝參數見表3。

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

對焊后對接試板進行低溫（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行火焰調修處理（加熱區域為焊縫及兩側各30mm），調修速度80～90cm/min。分別按照ISO17637-2003、EN1289-2002和ISO17636-2003標準對接試板進行外觀檢測、滲透檢測及射線檢測。拉伸試驗和彎曲試驗分別按照ISO4136-2001和ISO5173標準，在WDW-300KN微機控制電子萬能試驗機上進行，彎曲試驗采用兩個面彎試樣和兩個背彎試樣，壓頭直徑50 mm。根據GB/T4342-1991《金屬顯微維氏硬度》標準，利用FM-700型顯微硬度儀測量焊接接頭表面（包括母材和熱影響區）的維氏硬度，加載200g，加載時間15s，并使用ORIGIN7.5軟件繪制硬度圖。采用Neophot-32數碼金相顯微鏡觀察焊接接頭的母材、熱影響區、焊縫區及熔合區的顯微組織，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成分和力學性能Tab.2Chemical composition and mechanical properties of welding wire Al5087 aluminum deposited metal

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

2　試驗結果及分析

2.1無損檢測試驗

不同調修溫度下的對接試板表面均無裂紋、超標氣孔。滲透檢測時也未發現有超標的線性或非線性顯示。根據ISO10042-2005B《鋁及其可焊合金電弧焊縫—質量缺陷等級指南》，射線檢測結果也無超標氣孔。

2.2拉伸試驗

分別對不同調修溫度下焊接接頭進行室溫拉伸試驗，試驗結果如表4所示。

表4　拉伸試驗結果Tab.4Result of tensile test

依據ISO15614-2標準，處于焊后狀態的焊件抗拉強度Rm（W）應滿足要求

式中Rm（W）為處于焊接后狀態的焊接試樣的抗拉強度；Rm（pm）為有關標準中所要求的母材抗拉強度的最低規定值；T為焊接接頭效率系數。對于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度均大于180 MPa，均滿足試驗標準的要求。所有試樣均在熱影響區斷裂，雖然焊縫的熔敷金屬強度略低于母材，但是MIG焊接時和焊后熱調修均使熱影響區處產生軟化現象導致其強度降低較大，故而熱影響區成為了焊接接頭較為薄弱的環節。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

分別對不同熱調修溫度下的焊接接頭進行室溫彎曲試驗，共4組，每組四個試件(兩個面彎試件和兩個背彎試件)，彎曲試件尺寸200mm×10mm×4mm。彎曲試驗結果表明，不同熱調修溫度下的所有面彎和背彎試驗均合格，彎曲角均達到180°時仍無裂紋產生。

2.4硬度試驗

不同調修溫度下的焊接接頭顯微硬度對比如圖1所示。6082-T6鋁合金為熱處理強化鋁合金，在焊接時產生軟化現象主要原因是熱影響區在焊接的高溫作用下強化相脫溶析出并聚集長大，使強化效果減弱，產生“過時效”現象，并形成軟化區，在該域內的硬度會有所下降。

由圖1可知，同種調修溫度下焊縫區硬度接近甚至局部高于熱影響區至母材硬度，這是因為焊接熱輸入和焊后熱調修的雙重熱輸入使得熱影響區軟化現象嚴重。同時，不同調修溫度下接頭均有軟化現象產生，且隨著調修溫度的升高，軟化現象越來越嚴重，這是由于調修溫度的升高會使得接頭的熱輸入量不斷累積，使得強化相大量析出所致。

圖1　不同焊后調修溫度下接頭硬度對比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，焊后熱調修對各區域的組織影響并不大。圖2a為母材顯微組織：沿軋制方向延長呈纖維狀的晶粒，在α（Al）基體上分布著時效過程中析出的Mg2Si強化相；圖2b為熱影響區顯微組織，與母材相似但由于熱影響區靠近焊縫，受到焊接熱循環的影響比母材大，溫度高且冷卻速度快，導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，焊縫晶粒形態多為等軸晶，由于焊縫中心冷卻較慢為等軸晶粒且均勻細小；圖2d為熔合區顯微組織，左側為熱影響區，右側為焊縫區，在靠近熔合線的焊縫區組織并沒有明顯的柱狀晶組織，靠熔合線的熱影響區組織由于受到焊接過程中的熱作用，Mg2Si析出相較多，且在焊接冷卻后晶粒較母材粗大些，與熱影響區組織基本一致。隨著調修溫度的增加，各區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　結論

（1）在各個調修溫度區間，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，其中拉伸試驗破壞位置均在軟化區。

（2）三種調修溫度區間試樣鋁合金焊接接頭均有軟化現象產生，且隨著調修溫度的升高，軟化現象越來越嚴重，軟化區也有所增大。

（3）試樣焊接接頭焊縫金相組織為等軸晶，熱影響區組織為α（Al）基體上分布著時效過程中析出的Mg2Si強化相，熔合區無明顯柱狀晶。隨著調修溫度的增加，各區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，主要從事軌道關鍵材料連接的研究。