青岛卓宏吉机电设备制造有限公司 山东省青岛市 266112
摘要：铝合金以其耐腐蚀性好、密度低、价格优等特点在航空航天、交通运载工具、石油化工等领域得到广泛应用。随着铝合金应用的广泛发展，铝合金焊接性能越来越重要。因此，提高铝合金的焊接性能成为铝合金发展的重点。铝合金焊接材料是铝合金钎焊和熔化焊所必需的填充材料，是决定焊接技术和焊接质量的重要因素之一。现今，越来越多铝合金焊接采用熔化极惰性气体保护焊（MIG焊），由于其焊接效率高，能实现半自动和全自动焊接，并且焊缝熔深大，强度高，工艺适应性宽等诸多优点，在工业上得到了广泛应用。
关键词：焊接工艺；铝合金；焊接性能；影响
1实验材料和方法
试验所用焊接材料母材为5083-H116铝合金和6082-T6铝合金，厚度8mm，两种合金分别为同一板材下料。焊丝所用材料为OKAutrod5183和OKAutrod5356（瑞典伊萨ESAB），直径为1.2mm的铝合金焊丝。
焊前对铝合金表面进行抛光处理，以去除表面氧化层。焊接时分别对两种合金以对接接头形式进行横焊和仰焊。由于铝合金在MIG焊时热输入较TIG焊时大，金属熔化量大，熔敷金属流动性好，且铝合金散热快，易引起熔池塌陷，坡口底部焊缝应在加装表面加出半圆弧槽的加强板。
2铝合金焊接构件试验研究
2.1实验材料参数选择
选取5083、6061、6063、6082四种铝合金板材，四种铝合金的主要元素成分，板材的长、宽、高分别为：200mm×100mm×5mm。
2.2焊缝宏观面貌
当铝板厚度不大于5mm时，采用半自动TIG焊。通过宏观分析不同铝合金焊缝宏观形貌，以6061铝板为例，如果不开坡口，四种铝合金均难以实现单面焊双面成型。6061铝合金不开坡口对接焊的焊缝正面成形良好，为鱼鳞状焊缝，但是背面不能焊透。6061铝合金开60度V型坡口的焊缝正面呈鱼鳞状，成形良好，焊缝背面可以焊透。
2.3焊接接头硬度分布
硬度测试采用SHBRV-187.5型显微硬度测试机，在30kg的载荷和10s的保荷时间下对试样进行硬度测量（标尺为HV30）。
测试样品采用线切割取自焊接接头，焊缝两侧各取3cm。硬度测试以焊缝为中心，向母材一侧测试十个实验点。可以看到，6061铝合金无论是焊缝硬度还是母材硬度，均普遍高于其它三种铝合金。6061铝合金焊缝硬度相对于母材略低，热影响区硬度与母材和焊缝相比差别不大。而其它三种材料的焊缝硬度均明显高于母材，并且热影响区的硬度下降明显高于母材，而且热影响区的硬度下降非常明显，说明焊接热输入对其硬度有较大影响。
2.4拉伸样品及断裂位置
拉伸样品是通过线切割加工的，其中搭接样品由于尺寸较短，夹持部分为3cm。
6061铝不开坡口时，板材不能有效焊透，断裂位置为焊缝处，单面搭接拉伸样品断裂位置，也是焊缝处，V型坡口焊接接头的断裂位置同样在焊缝处。5083、6082、6063铝合金V型坡口的断裂位置均在母材热影响区处。6061铝双面搭接的断裂位置在焊缝处，而5083、6082、6063铝合金双面搭接的断裂位置均在靠近焊缝的母材热影响区处。
2.5试验结果
将拉伸试验的力学性能数据从曲线中提取出来。在焊接电流为110A，拉伸速度为2mm/min时，6061铝合金材料用双面搭接的方式屈服强度和抗拉强度最高，用ER5087焊丝焊接的屈服强度为202MPa、抗拉强度为292MPa，且拉伸断裂位置均在焊缝区。5083铝合金四种焊接方式下的强度均偏低，用V型对接的焊接方式和ER5087焊丝焊接的屈服强度为140MPa、抗拉强度最高为双面搭接焊接方式为192MPa，I型对接和单面搭接拉伸断裂位置在焊缝区之外，其他两种焊接方式的断裂位置均在焊缝区。
6082铝合金材料母材自身强度是四种材料中最高的，用V型对焊的方式两种焊丝焊接结构的屈服强度和拉伸强度相差不大，其中用ER5087焊丝焊接的屈服强度为155MPa、抗拉强度为172MPa，用双面搭接的方式的抗拉强度为156MPa，两种焊接方式的拉伸断裂位置均不在焊缝区。
V型对焊的方式的两种焊丝焊接结构的屈服强度和拉伸强度同样相差不大，其中用ER5087焊丝焊接的屈服强度为150MPa、抗拉强度为151MPa，用双面搭接的方式和ER5087焊丝焊接的抗拉强度同样偏低，只有132MPa，屈服强度只有110MPa，并且两种焊接方式的拉伸断裂位置均不在焊缝区。
3焊后性能测试
焊接结束后对不同焊接工艺的三种焊接接头进行截面拉伸测试、弯曲测试和维氏硬度检测以检测接头的力学性能，并进行宏观和微观金相测试观察组织结构。
3.1力学性能测试
焊件在焊后进行了截面拉伸测试、弯曲测试和维氏硬度检测。
根据检测结果可知，不同焊接工艺的不同焊材的抗拉强度几乎没有区别，焊接质量都较好。对试样进行弯曲试验进行顺时针弯曲和逆时针弯曲时，均能达到弯曲角超过180°而不开裂，且拉伸试验中试样断裂位置为母材，说明了所采用的MIG焊的焊接工艺参数可以保证接头可靠连接。
3.2维氏硬度测试
焊接接头的拉伸强度很大程度上与其微观硬度分布密切相关。对不同焊接试样的样品进行了显微硬度检测，每个样品选取了17个检测点，所取点位置对称分布在焊缝两侧。
不同工艺的维氏硬度值在母材上的变化无规律，但在焊缝处仰焊略高于横焊时的硬度，且基本上以焊缝为基准对称。焊缝区、热影响区硬度值与母材相比，都有很大程度的下降，这与焊接接头拉伸强度低于母材的规律是一致的Al003和Al006的维氏硬度最低，即同种合金的焊接接头硬度比较高。而对于同种合金的焊接接头的形式来说，6082-T6铝合金的焊接接头的硬度较好。
3.3金相组织测试
不同工艺不同焊接材料的焊接接头的焊缝及热影响区剖面完全熔合，无裂纹，接头质量良好。为铝合金母材、热影响区和焊缝的显微组织图。5083铝合金母材中含有不连续的晶界析出物，失重不超过15mg/cm2。而6082铝合金母材中含有半连续的晶界析出物，失重超过15mg/cm2但不超过25mg/cm2。热影响区中含有不连续的晶界析出物，失重不超过15mg/cm2。热影响区含有半连续的晶界析出物，失重超过15mg/cm2但不超过25mg/cm2。这与上述结果中的6082铝合金的焊接接头的抗拉强度和硬度最高相一致，解释了性能较高的原因。铝合金焊缝的显微组织，从中可以看出各种焊接接头形式的组织中都含有不连续的晶界析出物，失重不超过15mg/cm2。但可以明显看出Al002、Al003、Al004中的晶界析出物较多，这与硬度检测结果相一致，此时的硬度较高。
结论
同一铝合金焊接材料分别采用横焊和仰焊，在拉伸性能上几乎没有差别，但采用仰焊的焊接接头的硬度较高，焊接质量也较好。不同焊接材料采用同一工艺，6082铝合金在拉伸性能上略高于其他材料，且在硬度上也较高。从微观组织上可知，采用仰焊的接头的组织中析出更多的不连续晶界析出物，提高了接头的性能。6082铝合金的焊接接头的性能比5083铝合金的性能好，且同一种合金焊接的接头比两个不同合金焊接的接头性能更好。
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表明：一节塔身铝合金结构的允许应力在铝合金焊接结构的60%时，不会发生破坏。