6061铝合金MIG_TIG焊接接头性能对比研究_刘礼军

&%2014，Vol.42，10收稿日期:!#(%(%!第一作者简介:|Lv$#&*#%%&’&&FuB,&-./!’’#铝合金YD-Z,D-焊接接头性能对比研究|Lv#&!&M(N#&!&6O#&!&PQ#&!&PRR#&!&S0$(#)湖北三江航天红阳机电有限公司，湖北孝感($!#;!)先进焊接技术湖北省重点实验室，湖北孝感($!#;$)湖北航宇嘉泰飞机设备有限公司，湖北襄阳((#0/)摘要:针对’’#铝合金分别开展了$MM厚板YD-焊和,D-焊的焊接试验，并对焊接接头进行了强度测试和金相组织观察!结果表明，在所选取合适的焊丝和焊接工艺参数下，均获得了性能优良的焊接接头，其中,D-焊接头由于热输入量较大生成了粗大的铸态组织，从而导致YD-焊接头强度要略高于,D-焊接头的强度!关键词:’’#铝合金;YD-;,D-;金相组织中图分类号:,-(0/)#(文献标识码:.文章编号:#/%/!$0(!#()#%0(%(#*+&%)+,-’)+/@1#*(&#(’&+,’)#.V6!\I6!K’@:#,*+).#&’’#%/0,*/0%#1SDVS3+j;5#，!，1.2W3@56+H;#，!，1.293@56#，!，=7V9;#，!，=7V,356+?356#，!，S82-Y356$(78P/$’,S%*:,%*;=’&#)(%3’P#*;1%*;T’3+�’32%*,3%#8，?+@8，],%#;%*CGB7EE，2,*%;B8P/$’,5&#-,*3’J’1?%$#&%+#&1#.=@-%*3’@^’@,*;V’32*##;1，],%#;%*CGB7EE，2,*%;G8P/$’,P%*;1/A,%+%,=,&3&%.+T_/,(0’*+#8，?+@8，],%*;1%*;CC7EMO，2,*%)=$)+&%3+:’’#@I;M35;M@IIE:KI@?GA($MM?3JU5GAA)HGCGAGK@C@?GI:HGILGL4:YD-@5L,D-MG?ELA，@5L?GA?CG56??GA?@5LM3JCEA?C;J?;CGE4AGCb@?3E5HGCGJ@CC3GLE5?GHGIL356jE35?A),GCGA;I?AAEH?@?KGCFGJ?KGCFECM@5JGAEFHGILjE35?AJ@54GE4?@35GLH3?KCEKGCHGIL356H3CGA@5LKCEJGAA356K@C@MG?GCA),GA?CG56?EF?GjE35?HGILGL4:YD-3A@I3??IG43?36GC?@5?@?4:,D-4GJ@;AG?G,D-MG?EL35K;?AMECGG@?@5LKCEL;JGAJE@CAGC@A+J@A?M3JCEA?C;J?;CG)J’1K#&@):’’#@I;M35;M@IIE:;YD-;,D-;MG?@IIE6C@K3JA?C;J?;CG’’#铝合金属.I+Y6+X3系，该合金具有良好的成形性和焊接性，且具有密度小比强度高和无磁性无低温脆性转变等特点，同时退火后仍具有较好强度和良好加工性能!’’#铝合金在航空船舶铁路航天等各类结构件制造中逐渐得到了日益广泛的应用［#］!目前，’’#铝合金的焊接国内外广泛采用熔化极惰性气体保护焊(YD-)和钨极惰性气体保护焊(,D-)［!］!探讨’’#铝合金焊接工艺，获得合理可行的焊接工艺方法及参数，具有十分必要的意义!本试验分别采用YD-焊和,D-焊对’’#铝合金进行焊接，并对焊接接头的组织进行了对比分析研究!#oEc.7)7试验材料本试验采用’’#铝合金板材，,’状态，尺寸为$MM[#MM，化学成分见表#!表#’’#铝合金板材化学成分(质量分数Z\),@4)#PGM3J@IJEMKEA3?3E5AEF4@AGM@?GC3@IEF’’#@I;M35;M@IIE:(H?Z\)X3RGP;Y5Y6PC=5,3.I)(‘)*)/)#0‘)()#0)*‘#)!)(‘)$0)!0)#0余量&&2014，Vol.42，107)B焊接材料选择在一般情况下，’’#铝合金YD-焊接焊丝一般采用8T(($和8T0$0’，化学成分见表!!比较8T(($和8T0$0’焊丝化学成分可知，8T(($焊丝由于X3元素含量高，金属液态流动性能好，抗腐蚀性好抗热裂能力强，但Y6元素含量低，金属延性不足，特别是当用于焊接.I+Y6+X3合金时，焊接脆性较大［#］!因此，根据’’#铝合金材料成分及焊缝力学性能要求，YD-焊焊丝选用8T0$0’，而,D-焊焊丝直接选用化学成分与8T0$0’相近的7X$$#!表!焊丝化学成分(质量分数Z\),@4)!PGM3J@IJEMKEA3?3E5AEF?GHGIL356H3CG(H?Z\)牌号X3RGP;Y5Y6PC=5,3其他每种合计.I8T(($()0‘’))*)$)0)0)#)!)0)#0余量8T0$0’)!0)()#)0‘)!()0‘0)0)0‘)!)#)’‘)!)0)#0余量7X$$#)!0)()#)0‘#()/‘0)0)0‘)!)!0)0‘)!)0)#0余量7)G焊接试验试验全部采用平板对接形式进行焊接，单面焊双面成形，并采用工装夹具进行夹持，其中YD-焊试验采用半自动焊的方式进行焊接，,D-焊采用手工送丝焊接!焊接参数见表$［$］!表$YD-焊和,D-焊的焊接工艺参数,@4)$YD-@5L,D-HGIL356K@C@MG?GCA焊接方法焊接电流Z.焊接电压Za焊接速度MZ焊丝直径ZMM保护气体气体流量SZM35YD-##0!)0!$)/#)!.C#(‘#*,D-#$#’)**)(!)(.C*‘#!试验板焊接完毕后，将其制成拉伸试样，进行力学性能测试;在YY’金相显微镜下对两种焊接接头进行金相显微观察!!oEOpJqrB)7焊缝表观质量试验板焊接后的YD-焊和,D-焊焊缝表观质量如图#‘图!所示!由于YD-焊电流密度大线能量集中电弧穿透能力较强，同时焊接速度较快，且为自动送丝焊接，焊缝表观质量较好，表面光洁，且正反面焊缝宽度焊缝余高均匀一致(图#所示)!而,D-焊的焊接热输入量相对较大焊接速度慢，在焊缝及其附近产生了较高的峰值温度和较宽的热影响区(YD-焊焊缝中心距离断裂处距离约为##MM，而,D-焊的约为#$MM)，焊缝正面出现参差不齐的鱼鳞纹和余高，表面不够光洁，相对YD-焊而言，焊缝背面表观质量较差，焊缝宽度较宽，焊缝余高不一致，如图!所示!图#YD-焊缝R36)#,GHGIL356EFYD-图!,D-焊缝R36)!,GHGIL356EF,D-B)B力学性能对比分析拉伸试验按照-Q!’0#)!*’焊接接头拉伸试验方法(标准的规定，测出’’#铝合金,D-焊接&’2014，Vol.42，10头YD-焊接头和母材静载力学性能，见表(!表(’’#铝合金母材及,D-ZYD-焊接头力学性能测试,@4)(Q@AGM@?GC3@IEF’’#@I;M35;M@IIE:@5LMGJ@53J@IKCEKGC?3GAEF3?AHGIL356jE35?AEF,D-ZYD-焊接方法编号$MZ(2#MM%!)$K)!Z(2#MM%!)%Z\母材$#0!&0#(,D-,+#!0#0&’)0,+!!##0*&)0,+$!#0#’#*)0平均值!##0&)$*)#YD-Y+#!$#*(#Y+!!!0#/$*Y+$!!0#’*&)0平均值!!’)/#/0&)!由表(中可以看出，’’#铝合金采用不同的焊接方法和焊丝时均获得了性能优良的焊接接头，其中YD-焊接头的抗拉强度略高于,D-焊接头的，是母材强度的/#)&\!这是因为’’#铝合金采用,D-焊进行焊接时，焊接速度相对较慢，焊接的热输入量较大，在焊缝及其附近产生了较高的峰值温度和较宽的热影响区，使焊缝金属和附近母材产生过时效，从而造成焊接接头强度和硬度的降低!当采用YD-焊时，电流密度大线能量集中电弧穿透能力强，同时焊接速度较快，焊缝及热影响区的晶粒细小!由于热影响区较窄，提高了材料的滑移形变抗力，抑制循环滑移带的形成和开裂，增加裂纹扩展的晶界［!］!B)G试样接头宏观形貌对比分析从图$中拉伸试样断裂处来看，除,+#m试样断裂在焊缝处之外，其余的均断裂在热影响区，表明’’#铝合金无论是采用YD-焊，还是采用,D-焊，均能获得性能优良的焊接接头!随后专门对,+#m试样进行了金相检测分析，发现导致该试样焊缝出现断裂的原因是由于焊缝内部存在少许细小的气孔缺陷!少许细小气孔存在对焊缝的抗拉强度和屈服强度影响较小，但对焊缝的伸长率影响较大!另外，’’#铝合金焊接接头拉伸断口的宏观形貌和断口微观形貌如图(所示!由图(可以看出，两种接头断口断面上出现了明显的颈缩，断口呈韧窝状，且韧窝较深，从断口两侧来看，材料发生了剧烈的塑性流动［(］，表明两种焊接方法均获得了性能优良的接头!图$拉伸试样R36)$,G?G5A3IGA@MKIGAEFYD-@5L,D-HGIL356图(YD-焊和,D-焊断口R36)(,GFC@J?;CGJCEAAAGJ?3E5AEFYD-@5L,D-HGIL356B)C焊缝显微组织分析下面针对不同焊接方法及不同焊丝，对试验板焊缝热影响区及母材进行金相分析!图0@4为YD-焊接头焊缝中心区及热影响区的组织形貌，焊丝为8T0$0’!从图0@可以看出，焊缝中存在少许气孔，经测量气孔最大直径约为)’MM，完全满足焊缝D级要求!图0JL为,D-焊接头焊缝中心区及热影响区的组织形貌，焊丝为7X$$#!图0G为母材的组织形貌!切取焊接接头和母材金相试样，经磨制抛光后用低浓度混合酸溶液浸蚀后放置在金相显微镜下观察!焊接头分为焊缝区熔合区热影响区和母材区!在焊缝区，多元低熔点共晶组织呈网状分布于枝晶间!对比YD-和,D-焊缝，YD-焊缝枝晶网更&(2014，Vol.42，10细小，枝晶界更薄，YD-焊的熔合区(图04左侧)宽度较窄，晶粒尺寸较小;而在,D-焊熔合区(图0L右侧)，晶粒尺寸比YD-焊的粗大，可见晶界明显的加粗特征，在三角晶界处有低熔点共晶聚集!在焊缝热影响区，YD-焊(图04右侧)，晶粒粗大呈等轴状，在晶界上有明显的第二相析出;,D-焊(图0L左侧)晶粒尺寸较YD-焊的大，晶界粗化特征更明显!母材区域呈退火平衡态组织，强化相呈弥散分布于%(.I)基体，晶界无沉淀带!’’#属.I+Y6+X3+P;系列可强化热处理锻造铝合金，合金的基体相为%(.I)，主要强化相为&(Y6!X3)!通过对比’’#铝合金的YD-和,D-焊缝熔合区及热影响区组织，YD-焊焊缝组织更为细小，低熔点共晶引起的晶界粗化特征较少，由此可知YD-焊焊缝较,D-具有相对更高的力学性能!图0焊缝及母材的微观组织R36)0Y3JCEA?C;J?;CGEF?GHGIL356@5L?G4@AGM@?GC3@I$Os#)在焊丝成分相近的条件下，’’#铝合金板材采用两种不同的焊接方法及不同焊接工艺参数均获得了性能良好的焊接接头!!)与,D-相比，YD-焊电流密度大线能量集中电弧穿透能力较强，同时焊接速度较快，因此，YD-焊焊接接头的力学性能要略高于,D-焊的，且焊缝热影响区较,D-焊的窄!$)焊缝中存在少许细小气孔缺陷对接头强度影响较小，但对接头伸长率影响较大!参考文献:j#kxST&U8\)RJR9:8~-jYk)FGs4_-bwxy&!’)j!kCV2&Me%)~--=]w_’’#+,’R9:~--7WX’K8abjWk)()+-v4&!(&!($$%s0!%0/)j$kIY&x8O&zZ&/[)’’#R9:RX-7;YD-~-7_qoEjWk)~-./&!#!$!%s(%’)j(k\K8&]^_&/*)’’#R9:~--782(;’KqrjWk)~-&!’$#%s!#%!’)