6082-T6铝合金电子束焊接工艺及其接头组织与性能

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6082-T6铝合金属于Al-Mg-Si系可热处理强化铝合金,由于具有轻质高强、良好的挤压成型性和耐腐蚀性等特点,近年来在轨道交通行业尤其是在高速列车车体上得到了广泛应用。由于该铝合金在实际生产中大多作为焊接结构使用,采用传统的焊接方法如TIG、MIG等进行焊接时,易造成接头焊缝组织粗大、焊缝气孔率高以及产生热裂纹等缺陷,导致难以获得高质量的焊接接头,在一定程度上限制了其使用。相比较而言,真空电子束焊(EBW)具有能量密度高、热输入小、焊接变形小等特点,用于6082-T6等铝合金的焊接具有较大优势。基于此,本文对厚度分别为8mm和15mm的6082-T6铝合金的EBW焊接工艺及其接头的组织与性能进行研究,并与厚度为8mm的MIG焊接头的组织与性能进行对比,分析研究在不同焊接工艺条件下获得接头的微观组织、力学性能及耐蚀性能的差别及其原因。接头显微组织观察表明,EBW接头焊缝组织为细小的等轴晶和树枝晶,具有明显的二次枝晶,在晶界和枝晶界分布着大量的共晶组织,且分布均匀;电子束焊接时采用圆形扫描方式能够明显细化晶粒,这是由于圆形扫描对熔池金属具有强烈的搅拌作用,可提高熔池金属中溶质元素的流动性,减少合金元素的偏析;MIG焊接头焊缝组织为较粗大的等轴晶和树枝晶,二次枝晶不明显。对接头焊缝进行XRD物相分析,所获接头焊缝金属主要为α-Al基体相,同时含有少量的β(Mg2Si)强化相及单质Si,在相结构组成上EBW接头和MIG焊接头基本相同。进一步通过TEM观察分析,证实了接头焊缝中的强化相主要为β(Mg2Si)相。接头显微硬度分布测试表明,EBW接头焊缝的硬度值低于热影响区和母材本身,热影响区的宽度较窄,其软化程度较轻,并且采用圆形扫描方式获得接头焊缝区的硬度值最高,直线扫描的次之,未添加扫描方式获得接头焊缝的硬度值最低。而MIG焊接头的热影响区宽度相对较大,存在一个明显的软化区域,是焊接接头最薄弱的区域。接头拉伸性能测试表明,几种接头的焊接质量均良好,可以满足实际工程结构对其强度要求。其中EBW接头的抗拉强度最高达到母材本身强度的84.1%,而MIG焊接头的强度则相对较低,其抗拉强度只达母材本身强度的68.6%。拉伸断口扫描观察显示,接头拉伸断口呈明显的延性断裂特征,在断口表面存在着大量的韧窝,韧窝的大小、深浅各异,并且在韧窝的底部可以清晰地观察到第二相粒子,进一步的EDS分析表明,这些第二相粒子主要为β(Mg2Si)相。采用静态失重法及电化学测试方法评价接头焊缝的耐腐蚀性能,结果表明,对于8mm厚6082-T6铝合金焊接接头来说,采用圆形扫描方式获得接头A5的耐蚀性能最好;相比较而言,MIG焊接头焊缝的耐蚀性要差些。综上所述,在本文中试验条件下,8mm厚6082-T6铝合金EBW接头的整体性能高于MIG焊接头,并且其最佳工艺参数为:电子束流I=105mA,焊接电压U=50kV,焊接速度υ=1500mm·min-1,圆形扫描;15mm厚6082-T6铝合金的最佳工艺参数为:电子束流I=205mA,焊接电压U=50kV,焊接速度υ=1500mm·min-1,采用圆形扫描方式。
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