在可熱處理鋁合金中，6082-T6鋁合金具有密度低、強(qiáng)度高、塑性好等特點(diǎn)，在化工、船舶、軌道車輛等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[1]。在對其進(jìn)行MIG焊時(shí)，5087焊絲由于含有一定量的Zr，可使焊縫金屬抗裂性得到提升，故受各焊接生產(chǎn)廠所青睞。6082-T6鋁合金強(qiáng)度雖高，但在進(jìn)行MIG焊后存在熱影響區(qū)過時(shí)效軟化現(xiàn)象，使接頭性能大幅下降。本文針對使用5087焊絲焊接的6082-T6焊接接頭來進(jìn)行焊后熱處理強(qiáng)化，研究其焊接接頭在特定熱處理制度下的力學(xué)性能及顯微組織變化。

1. 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)選用6082-T6（300 mm×150 mm×4 mm）鋁合金擠壓板材作為母材進(jìn)行焊接，母材的成分及力學(xué)性能分別滿足GB/T 3190—2008以及GB/T 6892—2006標(biāo)準(zhǔn)要求，如表1及表2所示。

1.2 焊接實(shí)驗(yàn)

焊接設(shè)備為Fronius TPS 5000，焊接方法為單脈沖MIG焊。填充金屬選用EN ISO 18273:S Al 5087焊絲，焊絲直徑為1.2 mm(3/64″)，保護(hù)氣體為99.99%純氬。填充金屬的化學(xué)成分如表3所示，力學(xué)性能如表4所示。

焊接接頭形式為V形坡口對接接頭，實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行單面焊雙面成形焊接，背部置有非永久襯墊，其坡口尺寸及焊道分布如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)時(shí)的焊接參數(shù)如表5所示。焊后進(jìn)行目視檢測、滲透檢測以及射線檢測，檢測結(jié)果表明目視檢測以及射線檢測滿足ISO 10042 B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求，滲透檢測滿足ISO 23277 1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。焊接接頭橫截面形貌如圖2所示。

將同一塊焊后試板平分為兩部分，其中一部分依次進(jìn)行550 ℃×40 min的固溶處理、空冷至室溫、175 ℃×8 h的時(shí)效處理之后，再進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)的取樣、硬度實(shí)驗(yàn)的取樣以及金相觀察的取樣。另外一部分直接進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)的取樣、硬度實(shí)驗(yàn)的取樣以及金相觀察的取樣，之后對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比及分析。

2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 拉伸實(shí)驗(yàn)

使用AG-X 100KN H電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)，對焊接接頭進(jìn)行力學(xué)性能的檢測，拉伸后斷裂位置如圖3所示，檢測結(jié)果如表6所示。由檢測結(jié)果可知，在焊態(tài)下的焊接接頭抗拉強(qiáng)度平均值為213 MPa，焊縫金屬區(qū)域?yàn)榭估瓘?qiáng)度最低的區(qū)域，這是由于該區(qū)域受焊接熱循環(huán)的影響而發(fā)生了過時(shí)效所致[2]；在對接頭進(jìn)行焊后熱處理后抗拉強(qiáng)度平均值為284 MPa，較接頭熱處理前抗拉強(qiáng)度提高了71 MPa，抗拉強(qiáng)度最薄弱的區(qū)域由熱影響區(qū)轉(zhuǎn)移至焊縫金屬區(qū)。

2.2 微觀金相組織觀察

使用光學(xué)金相顯微鏡分別對焊態(tài)下的焊接接頭以及經(jīng)過焊后熱處理的焊接接頭進(jìn)行微觀金相組織觀察，如圖4所示，其中焊縫區(qū)觀察位置為焊縫中心，而熱影響區(qū)觀察位置為距焊縫中心7 mm處?？梢姾缚p熔合邊界均有粗大等軸晶的存在，且由熱影響區(qū)向焊縫區(qū)域生長，這是由于垂直于熔池邊界的方向溫度梯度最大、散熱最快而導(dǎo)致的[3]。焊縫金屬區(qū)在熱處理前后均為典型的鑄態(tài)組織，內(nèi)部無大尺寸氣孔的存在。熔合線處熔合良好，也無缺陷的存在。

通過相關(guān)學(xué)者的研究可知，當(dāng)固溶溫度為540 ℃時(shí)，母相中Mg2Si粒子基本在基體中溶解[4]。在175 ℃×8 h的時(shí)效制度下，穩(wěn)定的β(Mg2Si)相粒子以彌散的形式析出，并會(huì)起到強(qiáng)化的作用[4]。故推測圖4(c)及圖4(f)析出的黑色物質(zhì)即為β(Mg2Si)強(qiáng)化相。由圖4(c)可知，未進(jìn)行焊后熱處理的接頭熱影響區(qū)β相分布相對不均，且有個(gè)別粗大的β相個(gè)體的存在。由圖4(f)可知，進(jìn)行焊后熱處理的接頭熱影響區(qū)β相分布相對較均，且?guī)缀鯚o粗大β相個(gè)體的存在。因此，在550 ℃×40 min+175 ℃×8 h的焊后熱處理制度下，接頭熱影響區(qū)組織均勻性的改善可能是導(dǎo)致接頭強(qiáng)度上升的原因之一。

2.3 接頭硬度

使用FV-810維氏硬度計(jì)進(jìn)行接頭硬度的檢測，檢測結(jié)果如圖5所示。焊態(tài)下的接頭硬度最低值位于熱影響區(qū)遠(yuǎn)離焊縫的區(qū)域，最低值為69 HV，距離焊縫中心7 mm。這是由于該區(qū)域受焊接熱循環(huán)作用的溫度較低，產(chǎn)生過時(shí)效現(xiàn)象，進(jìn)而致使硬度急劇下降。而熱影響區(qū)靠近焊縫的區(qū)域硬度卻略有上升，這是因?yàn)榻p區(qū)溫度較高，使β(Mg2Si)相回溶，即起到固溶作用，因此硬度上升。

在對其進(jìn)行焊后熱處理后，焊接接頭硬度最低值轉(zhuǎn)移至了焊縫金屬區(qū)域且最低值為100 HV，而熱影響區(qū)硬度值平穩(wěn)且相對較高，說明該區(qū)域的強(qiáng)度已得到提升，與拉伸斷裂結(jié)果相符。

3. 結(jié)束語

(1)采用單脈沖MIG焊的焊接方法，焊態(tài)接頭抗拉強(qiáng)度為212 MPa，由于距離焊縫中心7 mm的熱影響區(qū)區(qū)域焊接熱循環(huán)溫度較低，產(chǎn)生過時(shí)效現(xiàn)象，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)測得該區(qū)域硬度數(shù)值最低。

(2)對焊接接頭實(shí)施540 ℃×40 min+175 ℃×8 h時(shí)效處理制度后，其焊接接頭抗拉強(qiáng)度提高至283 MPa，較焊態(tài)提升了71 MPa，接頭的硬度最低值由熱影響區(qū)變?yōu)楹缚p金屬區(qū)域。

文章來源——金屬世界