一种高强铝合金焊接接头性能

摘 要：对一种高强度铝合金板材进行了MIG焊对接焊,利用焊缝成形好的焊接接头制备了板状拉伸试样和板状疲劳试样,分别进行了拉伸和普通疲劳试验,结合金相电镜对高强铝合金焊接接头进行了初步分析,结果表明：高铝合金的焊接接头拉伸性能相对于母材有所下降,但是疲劳性能与母材相比较相差不大,焊接接头基体区、热影响区和焊缝的组织明显不同,在焊缝和热影响区有一个过渡区域叫做熔合线.

关 键 词：高强铝合金MIG焊接头性能

0前言

目前,高强铝合金作为大众化的金属材料已批量应用于汽车、轨道车辆以及航空产业.由于铝合金具有密度小、比强度高等特点,特别是近年来高强度铝合金的生产制造技术的提高使铝合金的应用更加广泛.

由于高强铝合金极强的氧化能力,较大的比热容和导热系数等特点使铝合金的焊接变得比较困难,传统的焊接方式很难满足铝合金的焊接要求,目前大量运用与工业生产的焊接方式为MIG焊,所以研究高强度铝合金的焊接接头性能尤为重要,本文以一种高强铝合金的MIG对接焊接头为研究对象,研究了焊接接头的一些基本性能,使从事铝合金焊接的人员更加直观的了解高强铝合金的焊接接头性能.

1试验方法及仪器

试验用的铝合金材料为可热处理强化的高强铝合金,试验材料厚度10mm.采用MIG对接焊,焊丝是直径为1.2mm的ER5356,焊接电流为180A～240A,焊接电压为20～26V.拉伸试验采用AG-10KNA型材料拉伸试验机,疲劳试验为MTS810疲劳试验机,金相使用NikonEPIPHOT300型金相显微镜XJP-2型金相显微镜观察金相组织.

2试验结果与讨论

2.1拉伸性能

在拉伸试验中,母材拉伸试件的断裂位置比较分散,有的在试样中间处有的在试样的肩壁处,而焊接试件的断裂位置比较一致,都是在试样的中部,也就是焊缝处断裂.

实验表明次高强铝合金MIG焊接接头的抗拉强度为268MPa,断后伸长率为6.9%,其拉伸断口部位位于焊缝中心位置,可见此高强铝合金焊接接头的焊缝强度最低,成为焊接接头的薄弱环节.

2.2疲劳性能

在疲劳试验中,母材疲劳试件的断裂位置比较分散,有的在试样中间处有的在试样的肩壁处,而焊接试件的断裂位置比较一致,都是在试样的中部,也就是焊缝处断裂.

以疲劳寿命的对数为横坐标,疲劳试验过程中的应力幅值为纵坐标,对次高强铝合金的基体和对接焊接试样的疲劳结果进行绘图如图2-2所示：

从整体上看焊接试样的疲劳性能明显不如基体的疲劳性能,两者的曲线变化都比较平缓,说明疲劳试样不存在大的缺陷或者试验条件不合适等因素.在本试验所加应力范围内此高强铝合金基体整体疲劳寿命变化比较平缓,疲劳寿命未出现较大的波动,随着应力级数的减小,其疲劳寿命就会变长,外加应力变化对此高强铝合金的疲劳性能影响比较大,即此铝合金对外加应力的敏感度比较高,在工程使用过程中要特别注意外加应力的变化,但是在低应力条件下此种铝合金的疲劳性能特别好,另外,图4-8此高强铝合金的S-N曲线并非是大量统计结果,只是表达疲劳性能趋势的疲劳寿命曲线,不能以此作为工程上的判断依据.

2.3显微组织结构

为了更好的研究此高强铝合金显微组织结构与基本性能之间的关系,分别对此铝合金的基体以及焊缝、热影响区进行了金相组织观察和透射电镜观察,如图2-3所示.

图2-3（a）表明,铝合金焊接接头焊缝区为铸态组织.图2-3（c）表明铝合金焊接接头靠近焊缝边缘有一条很窄的熔合区,形成了较为粗大的等轴晶组织,紧接着为淬火区、过时效区、完全再结晶区及不完全再结晶区.在焊接热作用下,靠近焊缝的热影响区的一些元素在铝基固溶体的一定结晶面上偏聚形成GP区,形成热影响区内的淬火区.但在过时效区内由于强化相析出的数量少而大,形成软化区.

图2-3（b）为高强铝合金焊接接头热影响区的显微组织,该区处于热影响区的过热区,与图2-3（c）基体的显微组织相比较,此区的晶粒在热作用下长大,部分强化相粒子溶解,分布不均.

3结论

通过对焊接以及基体拉伸及疲劳试验断裂的位置而知,焊件的断裂位置集中于焊缝附近,说明焊缝附近是焊接接头的薄弱区域,焊接接头相对母材而言在拉伸强度和疲劳性能上都有所下降；

通过焊接接头不同区域金相观察表明在焊接作用下即使焊接接头的焊缝成形比较良好,在焊接接头区域也存在着组织的不均匀行,是焊接接头的性能下降.