6005A-T6鋁合金型材攪拌摩擦焊接頭與MIG焊接頭應力腐蝕敏感性

鈕旭晶，魯二敬，郁志凱

（中車唐山機車車輛有限公司，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、焊縫金屬不發生熔化、無熔焊所具有的焊接缺陷、不產生焊接煙塵、無除塵除濕的環境要求、制造成本低，是一項綠色環保的新型焊接技術，近年來在軌道車輛鋁合金車體上逐步開始工程化應用。鋁合金車體焊接接頭的重要指標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力腐蝕兩大類，確定鋁合金攪拌摩擦焊接頭的應力腐蝕敏感性并與MIG焊接頭進行對比，這些對于促進攪拌摩擦焊在鋁合金鐵道車輛上的應用、提高制造水平具有重要的現實意義。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

試驗材料選用5 mm厚6005A-T6鋁合金型材，尺寸1 000 mm×300 mm×5 mm，采用對接接頭方式，母材抗拉強度為285 MPa、屈服強度為285MPa，延伸率6%。化學成分如表1所示。具體焊接工藝參數如表2所示。焊接試驗設備采用航天工程裝備（蘇州）有限公司生產的二維攪拌摩擦焊設備。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等對焊接接頭的質量造成影響。

表1 鋁合金母材6005A-T6的化學成分%

表2 單層帶筋板型材焊接工藝參數

1.2 應力腐蝕敏感性試驗方法

6005A-T6鋁合金型材焊接接頭應力腐蝕敏感性試驗采用慢應變速率拉伸（SSRT）試驗方法進行評定。試驗參照GB/T15970.7-2000《金屬和合金的腐蝕應力腐蝕試驗第7部分：慢應變速率試驗》、HB 7235-1995《慢應變速率應力腐蝕試驗方法》和JIS H8711-2000《鋁合金耐應力腐蝕張裂的試驗方法》進行。試驗應變速率為10～6 mm/s，試驗溫度為室溫（20～25℃）。SSRT試驗以硅油介質作為惰性環境，質量分數3.5%NaCl溶液作為腐蝕環境。

根據標準規定，將暴露在試驗環境中和暴露在惰性環境中的相同試樣進行比較來評定應力腐蝕破裂的敏感性，比值偏離越遠，則開裂敏感性越高。本項目采用達到的最大載荷之比（ISSRT=σ3.5%NaCl溶液/σ硅油）來計算6005A-T6鋁合金車鉤面板焊接接頭的應力腐蝕敏感性。試件制備時確保無污染物引入，標距區域的粗糙度不大于1 μm。試件相互浸漬時間約2天，期間試樣斷裂后應立即取出用蒸餾水或去離子水徹底清洗并風干。SSRT試驗尺寸見圖1。

圖1 SSRT試樣尺寸

2 結果與分析

2.1 FSW焊接頭應力腐蝕性

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

圖2 攪拌摩擦焊接頭SSRT應力-位移曲線

根據 ISSRT=σ3.5%NaCl溶液/σ硅油計算出上、中、下 3 層的應力腐蝕敏感指數如表3所示。攪拌摩擦焊接頭上、中、下3層應力腐蝕敏感指數接近1，接頭平均應力腐蝕敏感性指數為0.963，說明各個區域在3.5%NaCl溶液中的應力腐蝕敏感性不明顯，接頭整體的應力腐蝕敏感性不高。

圖3 上、中、下3層區域SSRT試樣斷口SEM形貌

表3 應力腐蝕敏感性指數

上、中、下3層區域SSRT試樣斷口SEM形貌如圖3所示。無論是硅油環境還是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力腐蝕敏感性不明顯。

2.2 MIG焊接頭應力腐蝕敏感性

MIG焊接頭SSRT試驗應力-位移曲線如圖4所示。與攪拌摩擦焊接頭相似，3.5%NaCl溶液中的接頭的強度和伸長量均略低于惰性硅油介質中的。

根據 ISSRT=σ3.5%NaCl溶液/σ硅油計算出上、中、下 3 層的應力腐蝕敏感指數如表4所示。MIG焊接頭上、中、下3層應力腐蝕敏感指數接近1，接頭平均應力腐蝕敏感性指數為0.957，說明各個區域在3.5%NaCl溶液中的應力腐蝕敏感性不明顯，接頭整體的應力腐蝕敏感性不高。

圖4 MIG焊接頭SSRT試驗應力-位移曲線

表4 應力腐蝕敏感性指數

MIG焊接頭上、中、下3層區域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焊接頭應力腐蝕敏感性不明顯。

圖5 MIG焊接頭上、中、下3層區域SSRT試樣斷口SEM形貌

3 結論

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

（2）兩種接頭在惰性環境和腐蝕環境中的斷口SEM形貌上未發現脆性斷裂特征，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，大量文獻報道表明，5系和6系鋁合金均不具有應力腐蝕傾向，本研究的試驗結果與文獻報道相符。

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