MIG焊接电流对6082铝合金薄板性能的影响_郑长鑫.pdf

内燃机与配件 w w w.n r j p j.c n技术创新与应用M I G焊接电流对6 0 8 2铝合金薄板性能的影响郑长鑫,蔡明芳(南南铝业股份有限公司,南宁 5 3 0 0 3 1)摘 要:本文以3 m m厚度的6 0 8 2薄板型材为研究对象,研究了不同M I G焊接电流强度对型材样品力学性能和宏/微观组织的影响规律,得到以下结论:受焊缝输入热量及合金成分变化的影响,焊接后硬度曲线呈类“W”型分布;随焊接电流增大,焊缝熔深及熔合比逐渐加大,焊接后型材屈服强度、抗拉强度及延伸率增大;焊缝中心区晶粒为典型的铸态等轴晶,晶粒尺寸随电流的增大而增大,交界处晶粒主要为柱状晶;焊接后焊缝产生的孔洞限制了总体焊接性能的提升。关键词:6 0 8 2铝合金;M I G焊接;力学性能;微观组织 中图分类号:T S 9 1 4.1+3 文献标识码:A 文章编号:1 6 7 4-9 5 7 X(2 0 2 3)0 9-0 0 7 3-0 3E f f e c t o fM I G W e l d i n gC u r r e n t o nP r o p e r t i e so f6 0 8 2A l u m i n u mA l l o yT h i nP l a t eZ h e n gC h a n g-x i n,C a iM i n g-f a n g(A l n a na l u m i n u mC o.,L t d,N a n n i n g5 3 0 0 3 1)A b s t r a c t:I n t h i sp a p e r,3 mm6 0 8 2 t h i np l a t e p r o f i l ew a su s e d t o s t u d y t h e i n f l u e n c e o fM I Gw e l d i n g c u r r e n t o nm e-c h a n i c a l p r o p e r t i e s,m a c r o s t r u c t u r ea n dm i c r o s t r u c t u r e.T h e f o l l o w i n gc o n c l u s i o n sw e r eo b t a i n e d:t h eh a r d n e s s c u r v e a f-t e rw e l d i n g i s a c l a s s W t y p ed i s t r i b u t i o nw h i c h i n f l u e n c e db y t h eh e a t i n p u t t o t h ew e l da n dc h a n g e s i na l l o yc o m p o s i-t i o n.W i t ht h ei n c r e a s ei nw e l d i n gc u r r e n t,t h ew e l dd e p t ho ff u s i o na n df u s i o nr a t i og r a d u a l l yi n c r e a s e d,t h ey i e l ds t r e n g t h,t e n s i l e s t r e n g t ha n de l o n g a t i o no f t h ew e l d e dp r o f i l e i n c r e a s e s.W e l d e d j o i n t c e n t e r f o r t h e t y p i c a l c a s t e q u i a x i a lc r y s t a l,g r a i ns i z e i n c r e a s e sw i t h t h e i n c r e a s e o f c u r r e n t,t h e j u n c t i o no f t h e g r a i n i sm a i n l y c o l u m n a r c r y s t a l.T h e h o l e s i nt h ew e l da f t e rw e l d i n g l i m i t t h e i m p r o v e m e n t o f t h eo v e r a l lw e l d i n gp e r f o r m a n c e.K e yw o r d s:6 0 8 2a l u m i n u ma l l o y;M I Gw e l d i n g;M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s;M i c r o s t r u c t u r e作者简介:郑长鑫(1 9 9 5),男,本科,助理工程师,主要从事铝合金加工技术及产品开发。1 引言6 0 8 2铝合金属于可热处理强化型铝合金,其不仅具有较高的强度、塑性及冲击韧性,而且具有优良耐蚀性能、加工性能 及 焊 接 性 能,广 泛 应 用 于 汽 车 及 轨 道 交 通 领域1-3。6 0 8 2作为轻量化应用的常用材料之一,其成形性能及热处理特性已被广泛研究4-7。然而6 0 8 2往往以型材方式应用于汽车轻量化,常需要以焊接方式作为型材间连接方式,此时就需要用到M I G焊。M I G属于熔化焊接,全称熔化极惰性气体保护电弧焊,焊接过程中惰性气体不与金属发生反应,而是起到隔绝空气,包围焊接区的作用。因此M I G焊具有电弧燃烧稳定,熔滴向熔池过度平稳、安定、无激烈飞溅等诸多特点1 5。由于铝合金导电导热性高,熔点低、吸氢和线膨胀系数大1 6,因此焊接时容易变形。若焊接工艺不当则很容易引起烧损,产生氧化膜夹杂及形成热裂纹等焊接缺陷1 7-1 8。因此焊接后的焊缝强度决定整个构件的安全系数,而在焊接过程中焊接电流对整个板材的焊接性能也就起着尤为重要的影响作用。本公司计划对2 mm异形薄壁6 0 8 2铝型材进行焊接,但焊接后无法取样进行取样测试,为评估薄壁型材焊接性能情况。本文以3 mm厚度的6 0 8 2铝合金薄板为试验材料,采用对接方式焊接,重点研究焊接电流对焊缝组织和力学性能的影响,旨在为M I G生产应用提供指导。2 试验材料与方法2.1 焊接材料与方法6 0 8 2铝合金及4 0 4 3焊丝化学成分见表1。焊接型材为自主生产的6 0 8 2铝合金板材,板材厚度为3 mm,宽度为1 4 0 mm。焊接材料为1.2 mm的4 0 4 3(A l-S i系)焊丝。焊接电流分别为8 0 A、8 5 A、9 0 A、9 5 A、9 7 A,焊接速度为4 0 c m/m i n,送丝速度为4 m/m i n,焊接保护气为氩气。合金板材经焊接后静置由室温冷却。表1 试验用铝合金主要成分对照表合金材料S iM gC rT iC uZ nF eM nA l6 0 8 2国标0.71.3 0.61.20.2 50.10.10.20.50.41.0余量实测1.0 30.9 50.1 20.0 80.0 60.0 30.1 70.4 6余量4 0 4 3国标4.56.00.0 50.0 50.20.30.10.80.0 5余量实测5.3 50.0 30.0 10.1 00.2 30.0 80.6 50.0 2余量2.2 焊接性能检测2.2.1 维氏硬度测试维氏硬度试验参照标准G B/T4 3 4 0.1-2 0 0 9,测试过程以焊缝为中心分别从5片焊接板材上截取试样,经处理37DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2023.09.0372 0 2 3年第9期后得到的打点试样示意图如图1所示。打点方法:从焊缝一侧依次在TMVM-1型维氏硬度计设备上进行打点,打到另一侧,各点间隔约为1.5 mm;硬度计加载力为1 k g,保压时间为1 0 s。图1 维氏硬度打点试样2.2.2 拉伸试验为了进行数据对比,方便比较焊接板材与母材的拉伸强度,试验参照标准G B/T2 2 8.1-2 0 1 0,对焊接板材通过数控铣床进行制样,从而得到如图2所示的拉伸试样。该焊接试样的形状尺寸大小与基材基本一致,焊缝位于拉伸试样6 0 m m的平行段中心处。拉伸试验在E 4 5.3 0 5材料试验机上进行。本次试验取铝合金的基材强度作为母材强度。图2 拉伸试样2.2.3 组织观察高倍金相制样方法参照标准G B/T3 2 4 6.1-2 0 1 2,通过对焊接试样进行切取,采用不同目数的砂纸对试样表面进行多次逐级打磨,直至完成7 0 0 0#砂纸打磨。样品经抛光液(1 0%的高氯酸酒精溶液)进行2 0 V电压的电解抛光后,用清水冲洗、吹干。随后经覆膜液(2.5%的氟硼酸水溶液)进行覆膜处理,用清水冲洗、吹干。最后将制好的样品放于A x i oV e r t.A 1倒置式金相显微镜上进行显微观察。低倍制样方法参照标准G B/T3 2 4 6.2-2 0 1 2进行制备。样品经4 0 0#砂纸打磨表面后置于氢氧化钠溶液中浸泡4 0 m i n,然后放入低浓度硝酸进行表面清洗,经过清水冲洗、吹干后即可进行宏观观察。3 试验结果与分析3.1 焊接区硬度分布图3 硬度值分布不同M I G焊接电流的焊接板材硬度测试结果如图3所示,由硬度值分布情况将焊接区分成3个部分:焊缝区(WZ,W e l dz o n e)、热 影 响 区(F z,F u s i o nz o n e)、基 材 区(BM,B a s em e t a l)。从曲线可看出硬度值呈类“W”型分布,即由基材区沿焊缝中心方向的硬度值呈现下降、上升、下降的分布。焊缝区宽度约为8 mm,基材强度位置距离焊缝中心约为2 0 mm,硬度值以焊缝为中心向两侧延伸并且呈对称分布状态。由图可知硬度值最低处为热影响区及焊缝中心区,硬度值最高处为基材区位置,由基材区向外侧延伸区域的硬度值保持不变。通过以上现象分析可知,随焊接电流逐渐增加,焊缝的硬度值逐渐增大,原因是焊接电流增大,焊缝金属充分熔合7。焊缝总体硬度比基材低,原因是M I G焊把焊丝与被焊型材经高温电弧熔合,使得焊接后的合金成分中M g含量降低,冷却后含M g析出相的数量下降,从而导致焊缝的硬度降低。热影响区及焊缝位置的硬度值均呈“V”型分布,热影响区的“V”型硬度分布形成原因是熔池放热导致该区域发生过时效6;而焊缝位置呈“V”型分布则是由于焊接过程中焊缝中心区域温度最高,合金元素M g烧损,造成中心处M g含量严重下降,从而导致硬度值最低。3.2 力学性能表2 焊接板材与基材的力学性能试样编号屈服强度/M P a抗拉强度/M P a延伸率/%与基材比值/%8 0 A7 7.0 87 7.31.1 62 3.28 5 A9 7.4 39 9.31.62 9.99 0 A1 4 0.4 81 6 6.91.9 25 0.39 5 A1 3 8.4 71 7 1.12.3 65 1.59 7 A1 3 5.7 91 7 5.42.45 2.8基材3 0 2.8 93 3 2.91 4.4 4 焊接型材与基材的力学性能如表2所示,随焊接电流逐渐增加,焊缝屈服强度、抗拉强度以及延伸率均有所提高。结合型材的低倍组织观察,从拉伸数据中不难看出,当焊接电流小于9 0 A时,型材没有被焊穿,两片合金板并没有完全熔合,从而相较于母材而言,抗拉强度只能达到基材抗拉强度的3 0%;而当焊接电流大于9 0 A时,两片合金板型材得以完全熔合,从而焊接后的抗拉强度得到明显提高,相较于母材焊接强度陡增至5 0%以上。3.3 焊接区的低倍与微观组织图4为焊接板材的低倍组织。由图可知,8 0 A的焊接板材焊缝深度约为2.2 mm,相对较浅,未能焊透薄板。随着电流逐渐增大,焊缝深度逐渐增大,直至穿透薄板。焊缝在拉伸过程中成为裂纹源,一般会比基材区先开裂