6005A-T6鋁合金型材攪拌摩擦焊接頭與MIG焊接頭應(yīng)力腐蝕敏感性

鈕旭晶，魯二敬，郁志凱

（中車唐山機(jī)車車輛有限公司，河北唐山063035）

0 前言

攪拌摩擦焊熱輸入低、焊接變形小、無需焊接填充材料、焊縫金屬不發(fā)生熔化、無熔焊所具有的焊接缺陷、不產(chǎn)生焊接煙塵、無除塵除濕的環(huán)境要求、制造成本低，是一項(xiàng)綠色環(huán)保的新型焊接技術(shù)，近年來在軌道車輛鋁合金車體上逐步開始工程化應(yīng)用。鋁合金車體焊接接頭的重要指標(biāo)之一是要具有良好的耐腐蝕性能，目前鋁合金焊接接頭由腐蝕引起的破壞主要有腐蝕疲勞和應(yīng)力腐蝕兩大類，確定鋁合金攪拌摩擦焊接頭的應(yīng)力腐蝕敏感性并與MIG焊接頭進(jìn)行對(duì)比，這些對(duì)于促進(jìn)攪拌摩擦焊在鋁合金鐵道車輛上的應(yīng)用、提高制造水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料選用5 mm厚6005A-T6鋁合金型材，尺寸1 000 mm×300 mm×5 mm，采用對(duì)接接頭方式，母材抗拉強(qiáng)度為285 MPa、屈服強(qiáng)度為285MPa，延伸率6%。化學(xué)成分如表1所示。具體焊接工藝參數(shù)如表2所示。焊接試驗(yàn)設(shè)備采用航天工程裝備（蘇州）有限公司生產(chǎn)的二維攪拌摩擦焊設(shè)備。焊前打磨焊接坡口以去除氧化膜，用酒精清洗干凈，防止氧化物油污和雜質(zhì)等對(duì)焊接接頭的質(zhì)量造成影響。

表1 鋁合金母材6005A-T6的化學(xué)成分%

表2 單層帶筋板型材焊接工藝參數(shù)

1.2 應(yīng)力腐蝕敏感性試驗(yàn)方法

6005A-T6鋁合金型材焊接接頭應(yīng)力腐蝕敏感性試驗(yàn)采用慢應(yīng)變速率拉伸（SSRT）試驗(yàn)方法進(jìn)行評(píng)定。試驗(yàn)參照GB/T15970.7-2000《金屬和合金的腐蝕應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)第7部分：慢應(yīng)變速率試驗(yàn)》、HB 7235-1995《慢應(yīng)變速率應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)方法》和JIS H8711-2000《鋁合金耐應(yīng)力腐蝕張裂的試驗(yàn)方法》進(jìn)行。試驗(yàn)應(yīng)變速率為10～6 mm/s，試驗(yàn)溫度為室溫（20～25℃）。SSRT試驗(yàn)以硅油介質(zhì)作為惰性環(huán)境，質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5%NaCl溶液作為腐蝕環(huán)境。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，將暴露在試驗(yàn)環(huán)境中和暴露在惰性環(huán)境中的相同試樣進(jìn)行比較來評(píng)定應(yīng)力腐蝕破裂的敏感性，比值偏離越遠(yuǎn)，則開裂敏感性越高。本項(xiàng)目采用達(dá)到的最大載荷之比（ISSRT=σ3.5%NaCl溶液/σ硅油）來計(jì)算6005A-T6鋁合金車鉤面板焊接接頭的應(yīng)力腐蝕敏感性。試件制備時(shí)確保無污染物引入，標(biāo)距區(qū)域的粗糙度不大于1 μm。試件相互浸漬時(shí)間約2天，期間試樣斷裂后應(yīng)立即取出用蒸餾水或去離子水徹底清洗并風(fēng)干。SSRT試驗(yàn)尺寸見圖1。

圖1 SSRT試樣尺寸

2 結(jié)果與分析

2.1 FSW焊接頭應(yīng)力腐蝕性

攪拌摩擦焊接頭SSRT應(yīng)力-位移曲線如圖2所示。在3.5%NaCl溶液中接頭的強(qiáng)度和拉伸位移略小于硅油惰性介質(zhì)中的，但相差幅度不大。

圖2 攪拌摩擦焊接頭SSRT應(yīng)力-位移曲線

根據(jù) ISSRT=σ3.5%NaCl溶液/σ硅油計(jì)算出上、中、下 3 層的應(yīng)力腐蝕敏感指數(shù)如表3所示。攪拌摩擦焊接頭上、中、下3層應(yīng)力腐蝕敏感指數(shù)接近1，接頭平均應(yīng)力腐蝕敏感性指數(shù)為0.963，說明各個(gè)區(qū)域在3.5%NaCl溶液中的應(yīng)力腐蝕敏感性不明顯，接頭整體的應(yīng)力腐蝕敏感性不高。

圖3 上、中、下3層區(qū)域SSRT試樣斷口SEM形貌

表3 應(yīng)力腐蝕敏感性指數(shù)

上、中、下3層區(qū)域SSRT試樣斷口SEM形貌如圖3所示。無論是硅油環(huán)境還是3.5%NaCl溶液，斷口邊緣位置為塑性變形滑移形成的摩擦痕跡，沒有出現(xiàn)明顯的脆性斷裂特征，從邊緣至斷口中部均以塑性斷裂的韌窩形貌為主，這也說明6005-T6鋁合金攪拌摩擦焊焊接頭應(yīng)力腐蝕敏感性不明顯。

2.2 MIG焊接頭應(yīng)力腐蝕敏感性

MIG焊接頭SSRT試驗(yàn)應(yīng)力-位移曲線如圖4所示。與攪拌摩擦焊接頭相似，3.5%NaCl溶液中的接頭的強(qiáng)度和伸長量均略低于惰性硅油介質(zhì)中的。

根據(jù) ISSRT=σ3.5%NaCl溶液/σ硅油計(jì)算出上、中、下 3 層的應(yīng)力腐蝕敏感指數(shù)如表4所示。MIG焊接頭上、中、下3層應(yīng)力腐蝕敏感指數(shù)接近1，接頭平均應(yīng)力腐蝕敏感性指數(shù)為0.957，說明各個(gè)區(qū)域在3.5%NaCl溶液中的應(yīng)力腐蝕敏感性不明顯，接頭整體的應(yīng)力腐蝕敏感性不高。

圖4 MIG焊接頭SSRT試驗(yàn)應(yīng)力-位移曲線

表4 應(yīng)力腐蝕敏感性指數(shù)

MIG焊接頭上、中、下3層區(qū)域SSRT試樣斷口SEM形貌如圖5所示。可以看出，斷口邊緣位置并未出現(xiàn)明顯的脆性斷裂特征，斷口以塑性斷裂的韌窩形貌為主，這也說明6005-T6鋁合金MIG焊接頭應(yīng)力腐蝕敏感性不明顯。

圖5 MIG焊接頭上、中、下3層區(qū)域SSRT試樣斷口SEM形貌

3 結(jié)論

（1）攪拌摩擦焊接頭應(yīng)力腐蝕敏感指數(shù)為0.956，MIG焊接頭應(yīng)力腐蝕敏感指數(shù)為0.963，二者均未在3.5%NaCl溶液中表現(xiàn)出應(yīng)力腐蝕傾向。

（2）兩種接頭在惰性環(huán)境和腐蝕環(huán)境中的斷口SEM形貌上未發(fā)現(xiàn)脆性斷裂特征，斷口形貌以塑性斷裂形成的韌窩為主。

（3）攪拌摩擦焊接頭焊縫成分與母材相同，MIG焊采用5系焊絲，大量文獻(xiàn)報(bào)道表明，5系和6系鋁合金均不具有應(yīng)力腐蝕傾向，本研究的試驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道相符。

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