姜丕文， 賈永強(qiáng)， 康 銘， 林傳冬， 金文福， 孫 巍

（遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽(yáng) 111003）

6000系A(chǔ)l-Mg-Si合金屬于可熱處理強(qiáng)化的變形鋁合金，具有中等強(qiáng)度、良好的耐蝕性、以及良好的成形性和焊接性等綜合性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸和建筑等領(lǐng)域[1-2]。焊接是高速列車(chē)車(chē)體集成時(shí)所采用的關(guān)鍵技術(shù)，焊接接頭的可靠性決定著高速列車(chē)運(yùn)行中車(chē)體的安全可靠性[3-6]。激光填絲焊（laser wire filler welding，LFW）具有功率密度高、焊接熱輸入低、焊接熱影響區(qū)小和焊接變形小的特點(diǎn)[7-8]。冷金屬過(guò)渡（cold metal transfer，CMT）焊技術(shù)是Fronius公司開(kāi)發(fā)出的一種新型焊接工藝，具有高熔敷效率、低熱輸入和無(wú)飛濺等特點(diǎn)[9]。熔化極惰性氣體保護(hù)（melt inert-gas，MIG）焊施焊靈活，設(shè)備便宜。這些方法在高速鋁合金列車(chē)車(chē)體型材的焊接中得到了廣泛應(yīng)用。目前6005A-T6鋁合金焊接接頭的研究主要集中在焊接工藝參數(shù)、力學(xué)性能、微觀組織等方面，對(duì)于焊接接頭處的晶間腐蝕少有研究。

6000系鋁合金雖然具有良好的耐蝕性，但若不采用適當(dāng)?shù)木鶆蚧幚砗蜔崽幚恚珻u含量及Mg與Si的質(zhì)量比等因素會(huì)增加合金的晶間腐蝕敏感性[10-12]。尤其在焊接過(guò)程中，由于焊接熱輸入的影響，合金元素多沿晶界析出，導(dǎo)致沿晶腐蝕[13]。所以，對(duì)不同焊接方法下的焊接接頭腐蝕問(wèn)題的研究十分重要。本文采用LFW、脈沖CMT焊和脈沖MIG焊方法，對(duì)6005A-T6鋁合金進(jìn)行焊接，分別對(duì)焊接件接頭處進(jìn)行晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)，研究在不同焊接方法下6005A-T6鋁合金焊接接頭處的抗晶間腐蝕能力。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)選用6005A-T6鋁合金板材做母材，尺寸規(guī)格為300 mm×150 mm×6 mm，焊絲選用ER5356鋁鎂合金，焊絲直徑為1.2 mm，保護(hù)氣體為氬氣（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.999%）。母材和焊材的化學(xué)成分如表1所示。

表1 母材與焊材化學(xué)成分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)Tab.1 Chemical composition of the base metal and welding wires (mass fraction/%)

1.2 方法

LFW的激光發(fā)生器為T(mén)ruDisk-8002碟片式激光器，激光頭為HIGH-YAG BIMO可變雙焦點(diǎn)LFW接頭，采用KUKA六軸工業(yè)機(jī)器人作為L(zhǎng)FW載體；MIG焊設(shè)備為Fronius TPS 5000半自動(dòng)焊機(jī)；CMT焊設(shè)備選擇Fronius CMT 5000焊機(jī)，搭載KUKA六軸工業(yè)機(jī)器人。MIG焊與CMT焊的焊接方式均選擇一元化調(diào)節(jié)方式，即一個(gè)參數(shù)改變其他參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行匹配。

焊接前使用氣動(dòng)鋼絲碗刷將鋁合金表面打磨出金屬光澤，用酒精清除表面油污等雜質(zhì)，LFW對(duì)接接頭呈“I”形坡口，完成焊接單面焊雙面成形，背部放有銅襯墊。CMT焊與MIG焊對(duì)接接頭呈“V”形坡口，進(jìn)行焊接單面焊雙面成形，背部也放置非永久襯墊。

焊接工藝參數(shù)如表2～4所示。對(duì)焊接件接頭處進(jìn)行相同條件的晶間腐蝕處理，試劑為H2O（100 mL）、NaCl （2.1 g）和HCl （6.5 g）的混合溶液，腐蝕時(shí)間為6 h。對(duì)腐蝕后表面進(jìn)行觀察，并沿垂直焊縫方向鋸開(kāi)，測(cè)量接頭處最大腐蝕深度。

表2 LFW工藝參數(shù)Tab.2 Parameters of the LFW welding

表3 CMT焊工藝參數(shù)Tab.3 Parameters of the CMT welding

表4 MIG焊工藝參數(shù)Tab.4 Parameters of the MIG welding

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 宏觀形貌

對(duì)經(jīng)不同腐蝕時(shí)間處理后的焊接接頭處進(jìn)行表面宏觀觀察，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，焊縫區(qū)及其兩側(cè)腐蝕程度有明顯的差異，總體來(lái)看，CMT焊和MIG焊所得焊接件接頭處抗晶間腐蝕性能較好，MIG焊和CMT焊的接頭處和熱影響區(qū)腐蝕程度較?。籆MT焊較MIG焊焊縫區(qū)腐蝕程度更小，但熱影響區(qū)腐蝕程度很大。3種焊接件的熱影響區(qū)都存在明顯的條狀腐蝕坑，CMT焊和MIG焊焊縫區(qū)表面腐蝕嚴(yán)重，有大量小而深的腐蝕坑，由于多孔的焊縫對(duì)光的反射弱于母材，故焊縫區(qū)發(fā)黑。

圖1 接頭處腐蝕后的宏觀形貌Fig.1 Macromorphology of the welding joints after corrosion

2.2 顯微組織

使用蔡司M2m光學(xué)顯微鏡對(duì)焊接接頭處、熔合區(qū)和熱影響區(qū)進(jìn)行觀察，結(jié)果如圖2～4所示。由圖2可知，3種接頭熔合線附近主要為柱狀晶組織，LFW接頭處組織較CMT焊和MIG焊的細(xì)小，熔合區(qū)寬度也最小，CMT焊較MIG焊熔合區(qū)寬度窄，焊縫邊緣組織細(xì)小，但熱影響區(qū)組織粗大。由于LFW焊接時(shí)速度快，接頭經(jīng)過(guò)快速熔化與凝固過(guò)程，使得組織最細(xì)小，CMT焊焊接速度較MIG焊的稍快，但其焊接電流與焊接電壓要比MIG焊的大得多，因此，CMT焊的熱輸入要比MIG焊的大。所以CMT焊熱影響區(qū)組織晶粒尺寸較MIG焊的大。

2.3 腐蝕后顯微組織

使用蔡司M2m光學(xué)顯微鏡對(duì)焊接件的焊縫區(qū)及熱影響區(qū)腐蝕情況進(jìn)行觀察，腐蝕深度見(jiàn)表5，腐蝕形貌如圖5～6所示。由表5和圖5～6可知：LFW較CMT焊與MIG焊接頭處晶間腐蝕的深度都??；當(dāng)使用MIG焊時(shí)接頭處腐蝕深度最大，為121.8 μm；當(dāng)使用CMT焊時(shí)熱影響區(qū)的腐蝕深度最大，為542.3 μm；不同焊接方法得到的焊接件熱影響區(qū)的抗晶間腐蝕能力均差。原因主要是由于LFW接頭處和熱影響區(qū)組織細(xì)小，所以其耐腐蝕性最強(qiáng)，而CMT焊較MIG焊熱影響區(qū)的組織略大，導(dǎo)致其熱影響區(qū)腐蝕深度最深。

圖4 熱影響區(qū)顯微組織Fig.4 Microstructures of the heat affected zones

圖5 焊縫區(qū)腐蝕后顯微組織Fig.5 Microstructures of the welding zones after corrosion

文獻(xiàn)[14]研究表明：對(duì)于6000系鋁合金，當(dāng)Mg和Si原子比小于1.73時(shí)，合金中含有過(guò)剩的Si，Si與Mg2Si相會(huì)在晶界上析出，Si與Mg2Si相附近的無(wú)沉淀析出帶會(huì)先發(fā)生腐蝕，之后的腐蝕會(huì)沿著Si附近的無(wú)沉淀析出帶和Mg2Si相附近的無(wú)沉淀析出帶慢慢地?cái)U(kuò)展，并且過(guò)剩的Si會(huì)促使Mg2Si相附近的無(wú)沉淀析出帶的陽(yáng)極溶解，增加合金的晶間腐蝕傾向性。因此，在焊接件熱影響區(qū)的過(guò)時(shí)效區(qū)，由于溫度低于Mg和Si原子的固溶溫度，此處Mg2Si相發(fā)生聚集長(zhǎng)大，導(dǎo)致其抗晶間腐蝕能力最弱。

3 結(jié) 論

（1）試樣LFW、CMT焊與MIG焊接頭的金相組織相似，熔合線靠近焊縫一側(cè)均為柱狀晶組織，靠近熱影響區(qū)一側(cè)均為等軸晶組織。

（2）LFW接頭較CMT焊接頭、MIG焊接頭焊縫區(qū)和熔合區(qū)組織細(xì)小，熔合區(qū)寬度也小。

圖6 熱影響區(qū)腐蝕后顯微組織Fig.6 Microstructures of the heat affected zones after corrosion

（3）LFW接頭處抗晶間腐蝕性好，CMT焊熱影響區(qū)腐蝕程度大。

（4）3種焊接工藝下的焊接件，熱影響區(qū)的抗晶間腐蝕能力最差。