趙志林

(中車青島四方機車車輛股份有限公司,山東 青島266111)

0 前言

6N01－T5鋁合金強度高,重量輕,并具有優(yōu)越的延展性,被廣泛應(yīng)用于軌道車輛側(cè)墻、車頂?shù)却蟛考a(chǎn)制造中,一般采用數(shù)塊大幅面中空擠壓鋁型材插接組焊而成。由于6N01鋁合金的導(dǎo)熱性好,線膨脹系數(shù)大,導(dǎo)致焊接時焊接變形很大,需要火焰矯形進(jìn)行調(diào)修,以滿足尺寸公差要求,焊后矯形使得材料性能降低,所以研究材料矯形工藝與材料性能的關(guān)系,可為列車的行車安全提供保障。

火焰加熱矯形技術(shù)復(fù)雜,受矯形溫度和矯形時間等眾多影響,近年來,國內(nèi)外諸多學(xué)者研究了火焰矯形工藝與焊接接頭性能關(guān)系,如姜瀾等通過研究6005A鋁合金型材焊接火焰矯形溫度對焊接接頭性能的影響;于今朋等人基于對8V對接焊縫數(shù)值仿真溫度循環(huán)曲線的火焰矯形方法的研究,確定了熱矯溫度及溫度/時間組合的控制;崔洪才通過對6063鋁合金火焰校正加熱過程的熱循環(huán)分析,得出6063鋁合金焊件能夠進(jìn)行火焰校正的結(jié)論。

本文以車頂、側(cè)墻性能材料為研究對象,通過GLEEBLE熱模擬試驗機研究6N01鋁合金材料的焊接矯形過程,建立鋁合金焊接接頭力學(xué)性能與矯形溫度、矯形次數(shù)的關(guān)系,優(yōu)化矯形工藝參數(shù)。

1 試驗材料及設(shè)備

焊接及火焰矯形試驗材料采用國內(nèi)某鋁業(yè)公司提供的A6N01－T5鋁合金車頂型材,試驗材料成分如表1所示;試驗設(shè)備為GLEEBLE3500熱模擬試驗機,試樣尺寸設(shè)計按照《GB/T 4338－2006金屬材料高溫拉伸試驗方法》進(jìn)行,試樣尺寸為95mm×15mm×3mm,試樣如圖1所示。

表1 6N01－T5鋁合金化學(xué)成分(%)

利用GLEEBLE 3500熱模擬試驗機按照現(xiàn)車工藝參數(shù)進(jìn)行焊接模擬,采用熱電偶溫度傳感器采集溫度并進(jìn)行實時控制,熱模擬試驗后試樣均未發(fā)生斷裂,表面也無任何裂紋等破壞。

圖1 焊接及矯形試驗試樣圖

2 矯形溫度對A6N01焊后力學(xué)性能的影響

為了研究矯形溫度對6N01鋁合金焊接接頭的影響,試驗選取180℃、200℃、220℃、240℃、240℃、260℃、280℃、和300℃,每組五個試樣,每個溫度下保溫8s,以保證試樣沿厚度方向受熱均勻,矯形完畢后進(jìn)行硬度試驗和拉伸試驗,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后,試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同矯形溫度下顯微硬度及力學(xué)性能

從顯微硬度和力學(xué)性能分析,隨著矯形溫度的升高,A6N01－T5焊接接頭的顯微硬度和力學(xué)性能呈下降趨勢,初始焊接接頭的硬度為75HV,抗拉強度為256MPa,屈服強度為112MPa,當(dāng)矯形溫度為240℃時,材料的硬度降為70 HV,抗拉強度降為241MPa,屈服強度降為103MPa,材料的材料的性能下降明顯,下降斜率較大,故矯形溫度盡量控制在240℃以內(nèi)。

3 矯形次數(shù)對A6N01焊后力學(xué)性能的影響

為了研究矯形次數(shù)對6N01鋁合金焊接接頭的影響,試驗矯形次數(shù)選取1、2、3、4次矯形,每組五個試樣,矯形溫度選取240℃,保溫時間為8s,待試樣充分冷卻后進(jìn)行重復(fù)矯形,以減少殘余熱能量造成的試驗誤差,矯形完畢后進(jìn)行硬度試驗和拉伸試驗,對試驗結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,得到試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同矯形次數(shù)下焊接接頭顯微硬度及力學(xué)性能

顯微硬度方面,矯形1次,顯微硬度為70HV,矯形2次,顯微硬度為68 HV,矯形3次,顯微硬度為65 HV,矯形4次,顯微硬度為63HV;力學(xué)性能方面,矯形1次,焊接接頭抗拉強度為252MPa,屈服強度為130MPa,矯形2次,焊接接頭的抗拉強度為246MPa,屈服強度為126MPa,矯形3次,焊接接頭的抗拉強度和屈服強度分別為239MPa、121MPa,矯形4次,焊接接頭的抗拉強度和屈服強度分別為232MPa、114MPa。由試驗結(jié)果可以看出,隨著矯形次數(shù)的增加,焊接接頭的顯微硬度及力學(xué)性能均呈現(xiàn)下降的趨勢,矯形次數(shù)越少越好。

4 結(jié)論

采用熱模擬試驗機模擬A6N01焊接接頭不同矯形溫度、不同矯形次數(shù)下的熱循環(huán)過程,測量了試樣的顯微硬度和拉伸力學(xué)性能,建立了矯形溫度、矯形次數(shù)與焊接接頭力學(xué)性能的關(guān)系,得出以下結(jié)論：

(1)A6N01焊接接頭的顯微硬度、抗拉強度和屈服強度隨著矯形溫度的增加而減小,并且在240℃以后,上述性能隨著矯形溫度的增加下降迅速,從接頭性能考慮,矯形溫度不應(yīng)超過240℃;

(2)隨著矯形次數(shù)的增加,A6N01焊接接頭的顯微硬度、抗拉強度及屈服強度呈現(xiàn)下降的趨勢,車頂側(cè)墻等大部件在滿足尺寸公差的基礎(chǔ)上,矯形次數(shù)越少越好。

[1]張宏輝,李旭,項勝前等.6XXX系變形鋁合金的合金化原理和生產(chǎn)應(yīng)用[J].輕合金加工技術(shù),2012,40(3)：12-17.

[2]武美妮,隋顯庭,云中煌等.熱時效對6N01鋁合金型材性能均勻性的影響[J].有色金屬工程,2016,6(3)：17-20.

[3]朱正鋒,張國榮,周斌等.鋁合金在軌道交通業(yè)的應(yīng)用與展望[J].鐵道機車車輛工人,2006,(1)：26-29.

[4]方洪淵.焊接結(jié)構(gòu)學(xué)[M].北京：機械工業(yè)出版社,2008.

[5]姜瀾,王炎金,劉愛軍等.火焰矯形對高速列車用鋁合金焊接接頭組織和性能的影響[J].材料熱處理學(xué)報,2003,24(2)：59-61.

[6]于今朋,王貴國,陳輝等.火焰溫度對8V對接接頭火焰矯正分析[J].電焊機,2012,42(2)：70-73.

[7]崔洪才.6063鋁合金焊接變形火焰矯形分析[J].新技術(shù)新工藝,2010,(4)：62-64.