Page 47 - 理化检验-物理分册2022年第二期

范 聪,等: 铝合金中厚板焊接接头显微组织及其疲劳损伤

参数研究的基础上 [ 14 ] , 对 12mm 厚的 7N01-T5 铝 选用的是直径为 1.6 mm 的 ER5356 铝合金, 该焊

合金板进行焊接, 观测其焊接接头的显微组织, 再对 丝的主要成分为镁元素。铝合金母材与焊丝的化学
MIG 焊接接头进行拉伸及疲劳测试, 结果可为中厚 成分如表 1 所示( 均为实测值)。
7N01 铝合金中厚板 MIG 焊接接头的疲劳性能研究 1.2 试验方法
提供试验依据及参考。 焊接试 验 过 程 如 图 1 所 示, 焊 接 试 样 为 两 块

12mm 厚的7N01 铝合金板, 采用 MIG 以 X 形坡口
1 试验材料与试验方法
的对接方式焊接, 单边角度为 35° 。焊接工艺参数如
1.1 试验材料 表2所示, 为保证焊接质量, 进行焊接时环境的相对

母材为 12mm 厚的 7N01-T5 铝合金板。焊丝 湿度小于70% , 焊前去除板材表面油污和氧化膜。
表 1 母材与焊丝的化学成分 %
质量分数
材料
Al M g Si Zn Fe Cu Mn Cr Ti
7N01 余量 1.0~2.0 ≤0.30 4.0~5.0 ≤0.35 ≤0.20 0.20~0.70 ≤0.30 ≤0.20
余量
ER5356 4.5~5.5 ≤0.25 ≤0.10 ≤0.40 ≤0.10 0.05~0.20 0.05~0.20 0.06~0.20

图 1 焊接试验过程示意
表 2 焊接工艺参数

焊丝 电流 / 电压 / 焊接速度 / 脉冲 保护气流量 /
图 2 拉伸及疲劳试验试样尺寸示意
-1 -1
直径 / mm A V ( mm · s ) 频率 / Hz ( L · min )
带来 的 影 响,所 用 的 设 备 型 号 为 S-3400N 和
1.6 140~180 17~20 6~8 30~50 20~30
TESCAN-VEGA3 。
采用线切割的方式从焊接接头中截取 金相试
2 试验结果与讨论
样, 先对试样进行打磨, 随后使用抛光机进行抛光,
直至表面 光 滑, 最 后 使 用 Keller 试 剂 腐 蚀 试 样 表 2.1 7N01 铝合金显微组织形貌
面, 使用 VHX-600 型超景深显微镜观察焊 接接头 焊缝中心、 熔合区显微组织形貌和等轴晶形成过

显微组织。根据标准 GB / T2651 — 2008 《 焊接接头 程示意如图3所示, 焊缝中心金属主要由 ER5356 填

拉伸试验方法》 和 GB / T24176 — 2009 《 金属材料疲 充材料熔化而成, 形成了粗大的等轴状组织, 呈雪花

劳试验数据统计方案与分析方法》 对焊接接头进行 状。等轴晶的存在说明在焊缝中心发生了自由结晶。
拉伸和疲劳试验, 拉伸及疲劳试验试样尺寸示意如 焊缝中心的温度梯度小, 受边缘散热条件的影响较
图 2 所示。 小, 液相中能形成较宽的成分过冷区, 在随后的冷却

所有拉伸及疲劳试验均在温度为23℃ , 相对湿 过程中, 新生成的晶粒能够自由生长, 从而呈现等轴
度为 40% 的环境下, 采用 HB250 型伺服液压万能 状 [ 15 ] 。由图3b ) 可知, 靠近焊缝边缘有一条很窄的熔

试验机进行试验, 其中拉伸试验以 0.1kN / s的加载 合线, 其中分布着许多细小的组织。焊缝边缘近熔合
速率进行 3 次试验, 结果取平均值, 疲劳试 验施加 线的焊缝组织为取向明显的柱状晶, 这是因为液态金

拉 - 拉正弦波形载荷, 频率为 140Hz , 应力比为 0.1 。 属依附于金属间化合物的表面形核, 析出与母材未熔
拉伸及疲劳试验结束后, 立即在干燥环境下采用扫 化晶粒取向相同的柱状晶。在熔合线的左侧可以发
描电子显微镜( SEM ) 观察疲劳断口, 避免断口氧化 现存在明显的联生结晶现象。
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