焊絲對鋁合金焊接接頭組織和性能影響分析

焊絲對鋁合金焊接接頭組織和性能影響分析摘要：現(xiàn)階段資源短缺以及環(huán)境污染問題日益嚴重，在滿足使用需求的前提下，若果能夠以鋁合金替換密度與質(zhì)量較高的監(jiān)護材料，能夠促進構件的輕量化發(fā)展。以鋁合金材質(zhì)制作的部件不僅有極高的強度以及抗腐蝕性，其表現(xiàn)出的抗沖擊能力也較強。5000型鋁鎂合金屬于AI-Mg-Si系，可進行熱處理的強化合金材料，強度中等，具有較高的焊接性以及耐腐蝕性。主要被用于鐵路客車、新能源客車車身的制造。本文使用熔化極惰性氣體保護焊法（MIG），研究ER4834、ER5356型號焊絲對5000型鋁鎂合金焊接接頭組織和性能影響。關鍵詞：焊絲；鋁合金焊接；接頭組織；性能分析引言：將5000型鋁鎂合金為本次研究對象，使用ER4834、ER5356型號焊絲進行熔化極惰性氣體保護焊接，探究不同型焊絲對5000型鋁鎂合金焊接接頭組織和性能影響。試驗結果表明，對比ER4834型號焊絲，ER5356型號焊絲焊接接頭焊縫區(qū)組織更為細小，融合區(qū)的熱影響組織差距不明顯；兩種焊絲的焊接接頭硬度分布均稱中心對稱分布，ER5356型號焊絲的焊縫區(qū)硬度高于ER4834型號焊絲。試驗材料以及試驗方法介紹試驗材料制備本次試驗的母材選用尺寸為300毫米*150毫米*6毫米的5000型鋁鎂合金板，焊絲選用直徑為12毫米的ER4834焊絲以及ER5356焊絲，其化學成分組成如下表所示。表1試驗鋁鎂合金板以及焊絲化學成分（質(zhì)量分數(shù)，%）材料SiFeCuMnMgCrZnTiAl5000型鋁鎂合金板0.670.170.160.280.530.180.040.04余量ER4834焊絲5.210.19≤0.01≤0.01≤0.01≤0.01≤0.01≤0.01余量ER5356焊絲12.110.17≤0.01≤0.01≤0.01≤0.01≤0.01≤0.01余量試驗方法分析焊接前需將焊接接頭加工為“v”字形，坡口為60°，并利用鋼絲刷對母材表面進行打磨，利用酒精去除表面雜質(zhì)，以提高試驗精確程度。使用TPS5000型焊機進行熔化極惰性氣體保護焊，焊接過程中，使用純度大于99.99%的氬氣作為保護氣體，焊接兩道兩層[1]。焊接工藝參數(shù)如下表所示。表2焊接工藝參數(shù)表焊接方式焊接電流（I/A）電弧電壓（U/V）送絲速度V/（mm·s-1）氣體流量Q/（L·mm-1）焊接速度V/（mm·s-1）打底焊24723.68.621~237.6蓋面焊26323.29.421~238.6填充焊27624.39.921~238.1使用蔡司光學顯微鏡對焊接接頭進行觀察，使用AG-X100KNH型電子試驗機對材料進行橫向拉伸，以ISO4136－2001《金屬材料焊縫破壞試驗橫向拉伸試驗》相關要求制備拉伸試樣。最后使用FV-810型顯微硬度計對焊接接頭表面的硬度進行測試，相鄰測點的距離為2毫米，如下圖所示。圖1硬度測試尺寸示意圖（單位：毫米）試驗結果分析焊接接頭的硬度分布依照ISO9015－1－2001《金屬材料焊接的破壞性試驗硬度試驗第1部分:弧焊接頭的硬度試驗》標準進行硬度取樣測試，結果顯示兩種焊絲接頭硬度均稱中心分析，母材的硬度明顯高于焊接接頭的硬度，焊接接頭的硬度最低點距離焊縫中心10毫米左右。但不同的是在焊縫區(qū)ER5356型號焊絲的焊縫區(qū)硬度高于ER4834型號焊絲，在熱影響區(qū)兩者的接頭硬度不向上下。由于ER5356焊絲中Si含量高于ER4834焊絲，因此其硬度較高[2]。焊接接頭的力學性能依照ISO4136－2001《金屬材料焊接的破壞試驗橫向抗拉試驗》相關標準進行拉伸試驗，試驗結果如下表所示。焊縫處的強化來源于固溶強化以及細晶強化，通過上述方式能夠進一步提高焊接接頭的韌性以及強度。ER4834焊絲以及ER5356中均含有大量的Mg元素，保證了焊縫的固溶強化。ER5356焊絲中還含有大量的Zr元素，這種元素的結構與Al晶體結構極為相似，能夠在一定程度上起到非均質(zhì)晶核的作用，進而使焊縫處組織結構得到細化。兩種焊絲的材質(zhì)均為金屬混合材質(zhì)的混合金，因此為了提高試驗結果的精準性，需制備多組試驗材料進行試驗，由試驗結果可以看出兩種焊絲的焊縫邊緣處均呈現(xiàn)晶粒粗化的現(xiàn)象，因此可以得知，該部分可能是焊接薄弱處。表3兩種焊接接頭的力學性能焊接接頭抗拉伸強度Rm/MPa屈服強度ReL/MPa斷后伸長率A（%）斷口位置ER5356焊絲2021475.8熱影響區(qū)ER4834焊絲2101606.0熱影響區(qū)由上表數(shù)據(jù)可知，兩種焊絲的斷口位置均在熱影響區(qū)，ER5356焊絲焊接接頭強度明顯高于ER4834焊絲焊接接頭，抗拉伸強度差值為8MPa，屈服強度差值為13MPa，斷后拉長率基本相同[3]。除此之外還能夠得知熱影響區(qū)的半熔接頭晶體顆粒較小，這樣能夠保證焊接接頭的力學性能，提高焊接金屬部件的安全性和穩(wěn)定性。焊接接頭微觀組織兩種焊接接頭微觀組織如下圖所示，兩種焊絲產(chǎn)生的焊縫區(qū)組織結構基本相似，ER5356焊絲的焊縫區(qū)結構較ER4834焊絲更為密集。融合區(qū)的組織結構與焊縫區(qū)大致想相同。熱影響區(qū)的首要受熱量影響，兩種焊絲試驗溫度相同，因此無明顯差別。圖25000型鋁鎂合金焊接接頭顯微組織（a、b、c為ER4834焊絲；e、f、g為ER5356焊絲）彎曲性能依據(jù)ISO5173－2009《金屬材料焊縫破壞性試驗彎曲試驗》相關標準對兩種焊接接頭進行彎曲性能的測試，為提高試驗的精準性，實現(xiàn)對試樣進行編號，試驗試樣以及結果如下所示。圖3彎曲試樣表4彎曲試驗結果數(shù)據(jù)編號焊絲彎曲類型彎曲角度壓頭直徑（單位：毫米）試驗結果1-1ER4834正面彎曲180°85合格1-2ER4834正面彎曲180°85合格1-3ER4834背面彎曲180°86合格1-4ER4834背面彎曲180°86合格2-1ER5356正面彎曲180°87合格2-2ER5356正面彎曲180°87合格2-3ER5356背面彎曲180°88合格2-4ER5356背面彎曲180°88合格由上表數(shù)據(jù)分析可知，兩種型號焊絲的彎曲性能均達到合格水平，其原因是由于ER4834焊絲與ER5356焊絲均屬于Al-Si系焊絲，且具有極佳的流動性，因此焊絲焊接后接頭具有較強的延伸率，彎曲性能佳。結論：綜上所述，ER4834焊絲接縫處組織較ER5356焊絲更為粗糙，焊縫區(qū)均呈現(xiàn)鑄態(tài)組織，邊緣是柱狀晶體，中心是等軸晶體，熱影響區(qū)與融合區(qū)的組織不存在明顯差距。ER4834焊絲焊接接頭強度明顯低于ER5356焊絲焊接接頭，兩者斷后拉長率基本相同，接頭斷裂位置均處于熱影響區(qū)。兩種焊絲的接頭硬度分布情況均沿焊縫呈中心對稱分布，ER5356型號焊絲的焊縫區(qū)硬度高于ER4834型號焊絲。由于ER5356焊絲中富含Zr元素，能夠?qū)缚p組織晶粒進行細化，因此ER5356焊絲的接頭晶粒較ER4834焊絲更細。參考文獻：何柔月、黃啟波、崔洪波、唐鑫.含微量鉺元素Al-5.5Mg-1Zn焊絲焊接7075鋁合金TIG焊縫的組織和性能[J].材料導報,2020,v.34(18):129-134.靳佳霖,徐國富,李耀,等.焊絲成分對608