不同脈沖頻率對A6N01鋁合金焊接接頭力學性能的影響

陳剛輝，張向鈞，譚旺有

（中車廣東軌道交通車輛有限公司，廣東江門529100）

0 前言

A6N01鋁合金具有優異的可焊接性能和擠壓性能，從而使生產薄壁寬截面長擠壓板材成為可能。第四代鋁合金鐵路車輛采用A6N01鋁合金中空擠壓板材，使車輛具有雙層外殼結構，內部無需加固件。與單層外殼車體結構相比，雙層外殼結構改善了剛度、保溫性能，降低了噪聲，部件數量和人工工時都明顯降低。因此，A6N01鋁合金廣泛應用于鐵路車輛制造[1-5]。

脈沖MIG焊接因其熔滴過渡形態的可控性和間歇性，能夠精確控制焊接過程中的熱輸入量，廣泛應用于窄間隙、全位置、薄板等特殊焊接。本研究通過在相同熱輸入下改變MIG焊脈沖頻率，研究其對A6N01接頭性能的影響。

1 試驗材料和方法

試驗材料選用A6N01鋁合金擠壓型材，焊接材料為法國AIR LIQUIDE公司的φ1.2 mm ER5356焊絲。選用φ（Ar）99.999%作保護氣體，氣流量20～25 L/min。焊接設備采用IGM焊接機器人配Fronius-5000 MIG焊接電源。

A6N01S-T5焊接接頭坡口形式示意如圖1所示，實際焊接接頭形式因板厚和單面坡口角度等原因，按照EN15085-3中的接頭設計要求，允許有一定的裝配誤差。實際焊接工藝參數如表1所示。

圖1 A6N01S-T5脈沖MIG焊坡口形式示意

2 試驗結果與分析

2.1 脈沖頻率對抗拉強度的影響

不同脈沖頻率焊接接頭拉伸試樣實際斷裂位置如圖 2 所示。脈沖頻率 fx=｛0，1，2，3，4，5｝Hz的焊接接頭拉伸試樣的編號分別為（0～5）-1～（0～5）-3，母材試樣編號為M-2。由圖2可知，焊接接頭拉伸試樣幾乎都斷裂在熱影響區（HAZ）。

不同脈沖頻率焊接接頭的拉伸試驗結果及各性能指標如表2所示。用焊接接頭的抗拉強度除以母材的抗拉強度得到焊接接頭的焊接系數K；焊接接頭抗拉強度與伸長率的乘積為強塑積，是表征焊接接頭強韌性水平的綜合性能指標，其數值約等于焊接接頭的拉伸曲線所包圍的面積，表示鋁合金焊接接頭在拉伸試驗過程中所吸收的能量或外力拉斷試樣時所做的功。不同脈沖頻率焊接接頭拉伸試驗曲線如圖3所示。

由表2和圖3可知，母材抗拉強度為285MPa，遠高于焊接接頭，說明焊接接頭比母材薄弱。1Hz的焊接接頭抗拉強度平均值最高，2 Hz的最低，相差13 MPa。0 Hz的焊接接頭斷后伸長率平均值最高，2 Hz的最低。0 Hz的強塑積平均值最高，2 Hz的最低，說明0 Hz焊接接頭的綜合強韌水平最好，2 Hz的最差。1Hz的焊接接頭強度系數平均值最高，2 Hz的最低。

表1 焊接工藝參數

表2 焊接接頭拉伸試驗結果

圖2 不同脈沖頻率焊接接頭拉伸試樣斷裂位置

圖3 不同脈沖頻率焊接接頭試樣拉伸曲線

2.2 脈沖頻率對顯微硬度的影響

不同脈沖頻率焊接接頭的硬度分布曲線及比較如圖4、圖5所示。

不同脈沖頻率焊接接頭的硬度分布趨勢基本相同，都是以焊縫為中心向兩邊近似對稱分布，隨著遠離焊縫中心，硬度值呈現先增大后減小再增大的趨勢。其中焊縫硬度值最低，為60～70 HV，這是因為Al-Mg焊絲的硬度較低。母材硬度最高，為100～110 HV，且分布較均勻。熱影響區硬度值先降低后升高，呈現較大的梯度，硬度值高于焊縫，分布在65～95 HV之間，但低于母材。靠近焊縫側的熱影響區出現了最低硬度值，即熱影響區出現了軟化現象，在距離焊縫中心約7～12 mm處（黑色圓圈），不同脈沖頻率的接頭出現的位置不一致，同一焊接接頭左右兩邊出現的位置也不一定對稱。硬度和強度存在一定的對應關系，接頭硬度的分布一定程度上也反映了強度在接頭上的分布。

圖4 不同脈沖頻率焊接接頭硬度分布曲線比較

圖5 不同脈沖頻率焊接接頭硬度分布曲線

3 結論

（1）1 Hz的焊接接頭抗拉強度平均值最高，2 Hz的最低；0 Hz的焊接接頭斷后伸長率平均值最高，2 Hz的最低；0 Hz的強塑積平均值最高，2 Hz的最低，0 Hz的焊接接頭的綜合強韌水平最好，2 Hz的最低；1 Hz的焊接接頭強度系數平均值最高，2 Hz的最低。所有拉伸試樣基本斷裂在熱影響區，說明熱影響區是整個鋁合金焊接接頭最薄弱的部位。

（2）不同脈沖頻率焊接接頭的硬度分布趨勢基本相同。焊接接頭熱影響區存在硬度值降低的軟化區，其中不同脈沖頻率焊接接頭軟化區距離焊縫中心 7～12 mm。

參考文獻：

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[3]劉巖.我國高速鐵路客車輕量化車體最優結構研究[J].輕合金加工技術，2000，28（5）：41-43.

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[5]王炎金.鋁合金車體焊接工藝[M].北京：機械工業出版社，2010.