焊絲對(duì)鋁合金焊接接頭組織和性能影響分析

1、 焊絲對(duì)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(wèn)題日益嚴(yán)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(hù)材料，能夠促進(jìn)構(gòu)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(qiáng)度以及抗腐蝕性，其表現(xiàn)出的抗沖擊能力也較強(qiáng)。5000型鋁鎂合金屬于ai-mg-si系，可進(jìn)行熱處理的強(qiáng)化合金材料，強(qiáng)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(chē)、新能源客車(chē)車(chē)身的制造。本文使用熔化極惰性氣體保護(hù)焊法（mig），研究er4834、er5356型號(hào)焊絲對(duì)5000型鋁鎂合金焊接接頭組織和性能影響。關(guān)鍵詞：焊絲；鋁合金焊接；接頭組織；性能分析引言：將5000

2、型鋁鎂合金為本次研究對(duì)象，使用er4834、er5356型號(hào)焊絲進(jìn)行熔化極惰性氣體保護(hù)焊接，探究不同型焊絲對(duì)5000型鋁鎂合金焊接接頭組織和性能影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)比er4834型號(hào)焊絲，er5356型號(hào)焊絲焊接接頭焊縫區(qū)組織更為細(xì)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(chēng)中心對(duì)稱(chēng)分布，er5356型號(hào)焊絲的焊縫區(qū)硬度高于er4834型號(hào)焊絲。1. 試驗(yàn)材料以及試驗(yàn)方法介紹1. 試驗(yàn)材料制備本次試驗(yàn)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(xué)成分組成如下表所示。表1 試驗(yàn)鋁鎂合

3、金板以及焊絲化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）材料sifecumnmgcrzntial5000型鋁鎂合金板0.670.170.160.280.530.180.040.04余量er4834焊絲5.210.190.010.010.010.010.010.01余量er5356焊絲12.110.170.010.010.010.010.010.01余量2. 試驗(yàn)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(duì)母材表面進(jìn)行打磨，利用酒精去除表面雜質(zhì)，以提高試驗(yàn)精確程度。使用tps5000型焊機(jī)進(jìn)行熔化極惰性氣體保護(hù)焊，焊接過(guò)程中，使用純度大于99.99%的氬氣作為保護(hù)氣體，焊接兩道兩層1。焊接

4、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/（mms-1）氣體流量q/（lmm-1）焊接速度v/（mms-1）打底焊24723.68.621237.6蓋面焊26323.29.421238.6填充焊27624.39.921238.1使用蔡司光學(xué)顯微鏡對(duì)焊接接頭進(jìn)行觀察，使用ag-x 100knh型電子試驗(yàn)機(jī)對(duì)材料進(jìn)行橫向拉伸，以iso 41362001金屬材料焊縫破壞試驗(yàn) 橫向拉伸試驗(yàn)相關(guān)要求制備拉伸試樣。最后使用fv-810型顯微硬度計(jì)對(duì)焊接接頭表面的硬度進(jìn)行測(cè)試，相鄰測(cè)點(diǎn)的距離為2毫米，如下圖所示。圖1 硬度測(cè)試尺寸示意圖（單位：毫米）2.

5、 試驗(yàn)結(jié)果分析1. 焊接接頭的硬度分布依照iso 901512001金屬材料焊接的破壞性試驗(yàn) 硬度試驗(yàn)第 1 部分: 弧焊接頭的硬度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行硬度取樣測(cè)試，結(jié)果顯示兩種焊絲接頭硬度均稱(chēng)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(diǎn)距離焊縫中心10毫米左右。但不同的是在焊縫區(qū)er5356型號(hào)焊絲的焊縫區(qū)硬度高于er4834型號(hào)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。2. 焊接接頭的力學(xué)性能依照iso 4136 2001金屬材料焊接的破壞試驗(yàn)橫向抗拉試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下表所示。焊縫處的強(qiáng)化來(lái)

6、源于固溶強(qiáng)化以及細(xì)晶強(qiáng)化，通過(guò)上述方式能夠進(jìn)一步提高焊接接頭的韌性以及強(qiáng)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(qiáng)化。er5356焊絲中還含有大量的zr元素，這種元素的結(jié)構(gòu)與al晶體結(jié)構(gòu)極為相似，能夠在一定程度上起到非均質(zhì)晶核的作用，進(jìn)而使焊縫處組織結(jié)構(gòu)得到細(xì)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(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)性，需制備多組試驗(yàn)材料進(jìn)行試驗(yàn)，由試驗(yàn)結(jié)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(xué)性能焊接接頭抗拉伸強(qiáng)度rm/mpa屈服強(qiáng)度rel/mpa斷后伸長(zhǎng)率a（%）斷口位

7、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(qiáng)度明顯高于er4834焊絲焊接接頭，抗拉伸強(qiáng)度差值為8mpa，屈服強(qiáng)度差值為13mpa，斷后拉長(zhǎng)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(xué)性能，提高焊接金屬部件的安全性和穩(wěn)定性。3. 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(jié)構(gòu)基本相似，er5356焊絲的焊縫區(qū)結(jié)構(gòu)較er4834焊絲更為密集。融合區(qū)的組織結(jié)構(gòu)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

8、焊絲試驗(yàn)溫度相同，因此無(wú)明顯差別。圖2 5000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）4. 彎曲性能依據(jù)iso 51732009金屬材料焊縫破壞性試驗(yàn) 彎曲試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)兩種焊接接頭進(jìn)行彎曲性能的測(cè)試，為提高試驗(yàn)的精準(zhǔn)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣進(jìn)行編號(hào)，試驗(yàn)試樣以及結(jié)果如下所示。圖3 彎曲試樣表4 彎曲試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)編號(hào)焊絲彎曲類(lèi)型彎曲角度壓頭直徑（單位：毫米）試驗(yàn)結(jié)果1-1er4834正面彎曲18085合格1-2er4834正面彎曲18085合格1-3er4834背面彎曲18086合格1-4er4834背面彎曲18086合格2-1er5356正面彎曲180

9、87合格2-2er5356正面彎曲18087合格2-3er5356背面彎曲18088合格2-4er5356背面彎曲18088合格由上表數(shù)據(jù)分析可知，兩種型號(hào)焊絲的彎曲性能均達(dá)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(dòng)性，因此焊絲焊接后接頭具有較強(qiáng)的延伸率，彎曲性能佳。結(jié)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(qiáng)度明顯低于er5356焊絲焊接接頭，兩者斷后拉長(zhǎng)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(duì)稱(chēng)分布，er5356型號(hào)焊絲的焊縫區(qū)硬度高于er4834型號(hào)焊絲。由于er5356焊絲中富含zr元素，能夠?qū)缚p組織晶粒進(jìn)行細(xì)化，因此er5356焊絲的接頭晶粒較er4834焊絲更細(xì)。參考文獻(xiàn)：1. 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(dǎo)報(bào), 2020, v.34(18):129-134.2. 靳佳霖, 徐國(guó)富, 李耀,等. 焊絲成分對(duì)6082-t6鋁