鋁合金5083焊接接頭的腐蝕疲勞性能分析

摘要：本文以5083O鋁合金MIG焊接接頭為研究對象，利用焊縫成形好的焊接接頭進行了腐蝕疲勞試驗；結合金相顯微鏡（OM）、掃描電鏡（SEM）對焊接接頭進行了初步分析。

關鍵詞： 5083鋁合金；MIG焊接接頭；腐蝕疲勞

中圖分類號：TG 403

隨著鋁合金焊接結構在軌道交通以及航天航空、船舶上的大量應用，鋁合金焊接結構的各種性能越來越受到重視，特別是鋁合金焊接接頭的腐蝕疲勞性能[1]。5083鋁合金材料作為不可熱處理強化的防銹鋁合金，已經大量被運用到各個行業，5083的MIG焊接接頭的腐蝕疲勞性能非常有必要。

本文采用了ER5356鋁合金作為焊絲，利用MIG焊對5083O鋁合金板材進行焊接，對焊接件進行了腐蝕疲勞試驗，通過金相電鏡以及掃描電鏡，對鋁合金5083O焊接接頭的腐蝕疲勞性能進行了研究分析。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用材料為5083O態鋁合金板材，試驗材料厚度4mm。焊接材料選用5356鋁合金焊絲，標準試驗所用鋁合金材料化學成分滿足標準GB/T31902208要求。

1.2 焊接工藝

焊接試驗采用手工MIG焊接方法。焊接接頭采用對接焊縫，由于焊接板厚較薄，試件不開坡口，進行I型焊接，焊接時兩件焊接間隙調整為1.01.4mm，為了保證焊接件的平面度，焊接件焊接時需要使用工裝夾具固定。

1.3 試驗方法及設備

選取成型良好的焊接接頭，根據GB/T30752008制成標準矩形截面疲勞試件，將試件使用3%NaOH浸泡過的濕棉布包裹后在MST810疲勞試驗機上進行試驗，應力比R=0，頻率為8HZ，試驗溫度25oC，棉布一直濕潤；對斷裂后的焊接接頭使用XJP2型金相顯微鏡觀察金相組織結構；使用PhilipsSEM515型場發射掃描電鏡觀察了焊接件斷形貌。

2 試驗結果與分析

2.1 腐蝕疲勞試驗結果

圖1為斷裂后的焊接接頭試樣，斷裂位置位于焊縫區，稍向融合區偏移。從疲勞數據中可以得出，接頭腐蝕疲勞壽命隨著應力幅值的增大而減小，當應力幅值降低到60Mpa時，腐蝕疲勞壽命達到105，需要得到此焊接接頭105壽命時的腐蝕疲勞強度還需要進一步試驗，不同應力幅值下疲勞壽命未見突變，說明此焊接接頭腐蝕疲勞性能比較穩定。

2.2 腐蝕疲勞接頭金相顯微結構

圖2可見，基材區、熱影響區、熔合區和焊縫區的形貌各有不同，斷裂位置處于焊縫區，此區域發現呈無規則分布的氣孔，氣孔周圍成鋸齒狀，有明顯的腐蝕痕跡，斷裂位置附近有其他裂紋，說明焊縫區域在斷裂之前已經有多處裂紋萌生。在熱影響區未發現腐蝕疲勞裂紋，僅發現微小的腐蝕凹坑，由于焊接熱輸入的影響降低了鋁合金5083的抗腐蝕性能。基體區域基本上沒發現腐蝕痕跡和疲勞裂紋，鋁合金5083具有優異的抗腐蝕性。

2.3 腐蝕疲勞接頭掃描電鏡觀察

圖3可見整個斷口中很少見有韌窩，存在大量棱臺，斷口表現為脆性斷裂；裂紋大多萌生于表面或者近表面，這是因為由于焊接接頭焊縫區存在粗大晶粒以及焊接氣孔缺陷，這些缺陷或者應力集中點成為腐蝕的起始源，逐漸形成點蝕并在交變應力的作用下萌生疲勞裂紋。腐蝕疲勞裂紋擴展屬于陽極溶解機制控制[2]，陽極溶解能降低原子間結合力以及斷裂應力，使腐蝕疲勞斷口表現出現脆性特征。

3 結論

（1）5083O鋁合金的焊接接頭疲勞斷裂位置在焊縫區域，腐蝕疲勞壽命為105時疲勞強度為60Mpa，不同應力幅值下疲勞壽命未見突變，說明此焊接接頭腐蝕疲勞性能比較穩定。

（2）5083鋁合金焊接接頭基材區、熱影響區、熔合區和焊縫區的形貌各有不同，試件斷裂位置位于焊縫區偏向融合區，在試驗件表面發現微裂紋以及微小凹坑，可能是腐蝕凹坑。

參考文獻：

[1]劉靜安，謝水生.鋁合金材料的應用與技術開發[M].北京：冶金工業出版社，2004.

[2]張正貴.鋁合金連接件腐蝕疲勞性能的研究.東北大學碩士論文，2000，6366.

作者簡介：林慶琳（1983），男，漢族，山東青島人，碩士，軌道車輛方向。