秦典成，袁鴿成，張 普，袁 潛，駱志捷

廣東工業(yè)大學材料與能源學院，廣東 廣州 510006

攪拌摩擦焊接（FSW）是一種可用于各種合金板材焊接的綠色高效的固態(tài)連接技術，廣泛應用于航空航天、汽車制造、軌道交通及船舶制造業(yè)等領域中［1－2］.6082鋁合金具有良好的可成形性和加工性、優(yōu)異的耐蝕性及可焊接性等特點，而成為上述領域中使用最多的鋁合金之一［3－4］.然而大量事實表明，焊縫是應力腐蝕（SCC）易滋生的部位，且一旦腐蝕發(fā)生，便會引發(fā)災難性的后果.目前，國內外對該合金攪拌摩擦焊縫的研究主要集中在組織結構及力學性能等方面，而對其SCC行為的研究較為少見.因此，探索6082鋁合金攪拌摩擦焊縫的SCC性能具有一定的理論意義和工程應用價值.

1 試驗部分

利用小型攪拌摩擦焊機對6082－T6鋁合金型材進行焊接，焊接速度為118mm／min，攪拌針轉速為950r／min.焊接完畢后沿垂直焊接方向分別切取焊縫與母材的金相樣品，將兩組金相樣品表面打磨并電解拋光，拋光至表面無劃痕后進行陽極覆膜，然后用光學顯微鏡（OM）進行金相分析.

沿垂直焊接方向分別切取母材及焊縫的慢應變拉伸試驗的樣品，用砂紙打磨后用丙酮清洗，再用蒸餾水清洗并吹干，用氯丁橡膠封閉非工作段表面，分別在空氣及濃度為3.5%的NaCl溶液中對樣品進行慢應變速率拉伸 （SSRT）試驗，應變速率為3.3×10－6s－1.待試樣斷裂后迅速取下，并用蒸餾水沖洗斷口，然后在丙酮中進行超聲清洗，吹干后放入干燥皿中，用Hitachi S－3400N型掃描電鏡進行斷口形貌分析.用PS－268A型電化學測量儀測試6082鋁合金壁板型材極化曲線，其中參比電極為飽和甘汞電極（SCE），輔助電極為鉑片.

2 試驗結果與分析

2.1 SCC性能分析

圖1為焊縫及母材的SSRT曲線，由此測得的性能指標列于表1.應力腐蝕敏感指數ISSRT常作為SCC敏感性的重要判據，其計算式為：

式（1）中：σfw，σfa分別為試樣在腐蝕介質及惰性介質中的斷裂強度；δfw，δfa分別為試樣在腐蝕介質及惰性介質中的延伸率.通常情況下0＜ISSRT＜1，材料SCC敏感性隨敏感指數增大而增強.

據式（1）計算，得到母材與焊縫的SCC敏感指數分別為0.006和0.012.說明母材與焊縫的耐應力腐 蝕性能良好，且母材的耐應力腐蝕性能比焊縫略好.

圖1 母材與焊縫的應力－應變曲線（a）焊縫的應力－應變曲線；（b）母材的應力－應變曲線Fig.1 Stress－strain curve of BM and weld－joint（a）stress－strain curve of BM；（b）stress－strain curve of joint

表1 SSRT實驗結果Table 1 Experimental result

圖2 母材及焊縫的SCC斷口形貌（a）母材在空氣中；（b）母材在鹽水中；（c）焊縫在空氣中；（d）焊縫在鹽水中Fig.2 SCC Fracture morphology of BM and weld－joint（a）fracture of BM in air；（b）fracture of BM in NaCl solution；（c）fracture of joint in air；（d）fracture of joint in NaCl solution

2.2 SCC斷口形貌

圖2 為焊縫及母材的SCC斷口形貌.從圖2可見，無論是在空氣還是在腐蝕液中，二者斷口上均分布大量的韌窩，并呈現典型的韌性斷裂特征，這些韌窩的形成經歷了裂紋的形核長大以及微裂紋的聚集.在鹽水中焊縫與母材的SCC斷口，局部出現了韌窩變淺及少許微裂紋形貌，呈現出朝脆性斷裂轉變的趨勢.這說明，在鹽水中盡管該合金SCC不敏感，但母材與焊縫局部仍有輕微的應力腐蝕現象.

2.3 焊縫的極化曲線分析

圖3為6082－T6鋁合金FSW焊縫及母材的極化曲線.焊縫與母材在濃度為3.5%的NaCl溶液中的極化曲線幾乎重疊，焊縫自腐蝕電位約為－729 mV，母材的自腐蝕電位約為－709mV.母材自腐蝕電位較焊縫略高，這預示著焊縫的耐應力腐蝕性能比母材略差.

圖3 焊縫及母材的極化曲線Fig.3 Polarization curve of BM and weld－joint

2.4 焊縫組織分析

一般經攪拌摩擦加工后焊縫分為焊核區(qū)（Nugget）、熱力影響區(qū)（TMAZ）和熱影響區(qū)（HAZ），焊縫各區(qū)域組織與母材（BM）相比有著明顯的不同，各區(qū)域組織之間的差異也較為顯著［5－6］.

圖4為母材及焊縫各區(qū)的微觀組織.圖4（a）為母材組織形貌，從圖4（a）可以看出，經淬火與人工時效處理后，母材橫截面的組織經擠壓呈板條狀分布，第二相明顯地沿著擠壓方向均勻分布；圖4（b）為焊核區(qū)（Nugget）的微觀組織形貌，此區(qū)域由于受到強烈的摩擦熱和進給力的雙重作用而發(fā)生塑性流變及動態(tài)再結晶，從而形成了細等軸晶區(qū)且第二相也得以重新分配；圖4（c）為熱力影響區(qū)（TMAZ），此區(qū)域由于攪拌頭的剪切作用力及摩擦熱的雙重作用而發(fā)生了不完全再結晶，攪拌頭產生的剪切力使晶粒沿剪切力的方向被拉長，晶粒尺寸大小不一，介于焊核區(qū)與母材之間；圖4（d）為熱影響區(qū)（HAZ），由于此區(qū)域僅受到摩擦熱影響，因而只發(fā)生靜態(tài)回復或再結晶，并且范圍較窄，相對于母材晶粒明顯粗化，其過程可以看成是特殊熱處理.焊核區(qū)與熱力影響區(qū)形成細小晶粒的同時，位錯密度也大幅度降低，材料的化學成分也得以均勻化［7］.腐蝕學的觀點認為［8］：化學成分的均勻化會使基體金屬局部形成腐蝕電池的傾向降低；晶體缺陷的減少，會使參與表面腐蝕反應的活性質點的數目也相應地減少.因此，這二處成為了焊縫應力腐蝕敏感性較低的部位.在HAZ與TMAZ交界處是熱輸入最大處，化學成分不如焊核區(qū)和熱力影響區(qū)均勻，晶體缺陷較多，形成局部腐蝕電池的傾向增加［7－8］，使該區(qū)域成為焊縫應力腐蝕敏感性相對較高的部位，這是6082鋁合金攪拌摩擦焊縫應力腐蝕敏感性略高于母材的一個很重要原因.

圖4 母材及焊縫各區(qū)的微觀組織（a）母材；（b）焊核區(qū)；（c）熱力影響區(qū)；（d）熱影響區(qū)Fig.4 Microstructure of BM and weld regions（a）microstructure of BM；（b）microstructure of Nugget zone；（c）microstructure of TMAZ zone；（d）microstructure of HAZ zone

3 結 論

（1）當慢應變速率為3.3×10－6s－1時，在濃度3.5%的NaCl溶液中，6082鋁合金攪拌摩擦焊縫的抗SCC性能比母材的略差，應力腐蝕敏感指數ISSRT分別為0.012和0.06.

（2）6082鋁合金攪拌摩擦焊縫的自腐蝕電位比母材的略低，分別為－729mV和－709mV，并且焊縫的熱影響區(qū)晶粒明顯粗化，這與焊縫SCC敏感性比母材的略高相吻合.

（3）無論在空氣中還是在濃度3.5%的NaCl溶液中，6082鋁合金攪拌摩擦焊縫的SCC斷口呈現與母材斷口相似的韌窩型斷口形貌，部分區(qū)域有朝脆性斷裂轉變的趨勢，表現出良好的抗SCC性能.

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