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异种铝合金焊工艺研究
作者:网站采编关键词:
摘要：随着汽车制造业对节能环保要求的不断提高，对车身制造材料轻量化的使用提出了更高要求，汽车用铝合金，尤其是压铸铝合金得到了快速发展。AlSi10MnMg压铸铝合金因其高强韧、高致密
随着汽车制造业对节能环保要求的不断提高，对车身制造材料轻量化的使用提出了更高要求，汽车用铝合金，尤其是压铸铝合金得到了快速发展。AlSi10MnMg压铸铝合金因其高强韧、高致密度、易加工成形、良好的传热导电性和耐腐蚀性等优点，在电动汽车安全构件中应用十分广泛[1—3]。压铸铝合金在使用中，需要与其他零件进行焊接，其焊接裂纹、气孔对构件的机械强度和安全性影响较大[4]。MIG焊采用惰性气体保护焊接熔池，具有高效、接头力学性能高等优点，适用于裂纹敏感性较强的铝合金的焊接[5—8]。目前，用MIG焊接的铝合金主要集中在6000系列的铝合金型材[9—12]。对于压铸铝合金和铝型材的MIG焊，只有少量的研究报导，研究重点集中在接头的微观组织和力学性能分析上[13—14]。文中对AlSi10MnMg铸铝与6005A-T6铝型材进行了MIG搭接焊，对接头的显微组织和力学性能进行分析，优化MIG焊接参数，为这种材料的焊接提供基础数据。
1 试验
材料为2 mm厚的AlSi10MnMg铸铝与3 mm厚6005A-T6铝型材，焊丝材料为AlSi5-4043，直径为1.2 mm，主要成分如表1所示。
Tab.1 Chemical composition of base metal and welding consumables (mass fraction) %材料SiMnMgFeZnCuZrTiCrVSrAl ~11.50.45~0.800.26~0.35≤0.22≤0.05≤0.05≤0.050.04~~0.020余量 ~1.3≤1.00.3~0.9≤0.35≤0.15≤0.25≤0.1≤0.2≤0.2≤1.0余量 AlSi5-.5~余量
将板材加工成尺寸为260 mm×75 mm的焊接试板，采用TPS 320i Fronius焊机对其进行搭接焊接。采用的焊接参数为：焊接电流为120 A，焊接电压为25 V，焊接速度为4~6 mm/s，送丝速度为9 m/min，气体流量为21 L/min。研究焊接参数对焊缝成形和性能的影响。
利用线切割机沿垂直于焊接方向将接头切割成金相分析试样。金相分析试样采用Struers Tegramin-30自动磨抛机进行抛光后，用体积分数为5%的NaOH试剂腐蚀，在Zeiss AXIO光学显微镜下观察。采用LM300 AT数显显微硬度计，按照GB/T 4340.1—2009对试样接头硬度分布进行测量，加载载荷为0.3 kg，加载时间为10 s，步距为1 mm。
2 结果与分析
2.1 接头宏观形貌
采用不同焊接工艺参数进行搭接焊试验，焊接试验后对焊缝进行目视检验，检验结果如图1所示。由图1a可见，当焊接速度为4 mm/s时，焊接接头外观出现气孔缺陷，且主要偏向压铸铝一侧。研究表明，铝合金在焊接时的气孔主要是氢气孔[13]。这是由于其他焊接参数相同情况下，焊接速度越低，越利于增大熔深，但随着熔深增大，压铸铝一侧母材在高温下熔化增多，而氢的溶解度随温度升高而增大[14]，熔池短时间内汇聚大量的氢，当电弧移动时，熔池温度骤降，氢的溶解度随温度下降而骤减，且因铝的结晶速度较快，大量的氢形成的气泡上浮速度慢，导致氢气泡未来得及溢出，在焊缝内部形成氢气孔，影响焊缝强度，严重时，气孔甚至外露至焊缝外观。当采用6 mm/s的焊接速度时，在保证熔深的情况下，减少了焊缝中氢的溶解，可以获得外观质量较好的焊接接头。
2.2 接头显微组织分析
图2所示为异种铝合金MIG焊接接头截面的10倍显微照片，可以看出，接头由型材和铸材的焊核区、熔合区、母材区组成。
图2 MIG焊接接头截面Fig.2 Cross sections of MIG joint
焊接速度为6 mm/s时焊接接头各个区域的显微组织见图3。由图3a可以看出，型材母材的微观组织致密，强化相粒子弥散分布。图3b显示，熔合区因受焊接热输入的热影响作用，加上材料本身良好的导热性能，型材基体一侧的热影响区仍主要为母材特征，但晶粒略比母材粗大，由于偏析等原因，晶界处有强化粒子析出，弥散分布了大小不等的第二相[15—16]。熔合区靠近焊缝一侧的组织则以柱状晶结构垂直于界面自然生长。图3c中焊缝区的组织由于热输入较高，熔池凝固速度慢，导致晶粒完全自由生长成以α-Al固溶体为基体的等轴晶组织，晶界分布有α-Al+Mg的共晶组织[17]。
由图3d可看出，铸材母材的微观组织较型材区别较大，基体主要是α-Al及弥散分布的强化相Si粒子，但粒子大小及分布部位并不均匀，甚至有部分黑色疏松。图3e显示，熔合区靠近母材一侧（右下方）的组织基本保持α-Al原始形貌，但晶界处析出大量低熔点Mg2Si脆性共晶组织[18—19]，这是由于焊接热输入使晶界熔化而基体未熔化。熔合区靠近焊缝一侧（左上方）的组织则是在焊接热循环作用下，重新生长出沿散热方向以联生结晶形式形成的柱状晶组织，但并未产生液化裂纹，充分验证了Al-Si合金较低的裂纹敏感性。由图3f可见，焊缝区熔池重新凝固后，形成组织更为细小的无特定取向的等轴枝晶。
文章来源：《时代汽车》 网址: http://www.sdqczz.cn/qikandaodu/2021/0623/2167.html
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