不同时效制度对A7N01S-T5铝合金焊接性的影响

2013-08-02辽宁忠旺集团有限公司辽阳111003张明铭李鹏伟杨志勇齐芃芃赵佳龙

金属加工(热加工) 2013年10期

辽宁忠旺集团有限公司（辽阳 111003）张明铭李鹏伟杨志勇齐芃芃黄明赵佳龙

1.概述

在最近几年内，由于国家大力实施铁路提速，故高速列车的研制成为国家重点项目。其中，轻量化的铝合金高速列车车体成为提高列车运行速度的重要方面。以此为契机，国内关于高速列车车体用铝合金型材的研究与生产也逐步开始。中等强度的A7N01S具有热挤压成形性、耐腐蚀性好等特点，在车体制造过程中被广泛应用。但在焊接过程中易产生链状气孔及密集气孔，这两种形式的气孔存在于产品中，当受到外力作用时极易形成裂纹，最终导致断裂。

本文主要研究在不同时效制度下，A7N01S铝合金的焊接性，确定出既消除气孔，又能保证母材和焊接件性能的时效制度和焊接工艺。

2.试验过程

（1）试验材料试验材料从图1铝型材4号位置取的8mm厚试板，该型材合金状态为A7N01S－T5，试板规格300mm×150mm。采用进口ER5556铝合金焊丝，铝合金材料及焊丝化学成分如表1所示。在焊接试验中，保护气体采用99.999%的高纯氩，焊接设备采用福尼斯TPS 5000MIG焊机。

图1 铝合金型材断面

表1 铝合金材料及ER5556焊丝化学成分（质量分数）（%）

（2）试验方法采用KWY－103 电热鼓风烘箱对试验板制定如表2所示的时效制度进行时效处理。本试验分五组进行，每种时效制度为一组（见表2），每组时效制度做两个试验，分别采用焊接接头为70°的V形和X形坡口进行焊接（见图2、图3）。焊前用较细的不锈钢刷清除坡口区域30mm范围内的氧化膜、油渍，然后用酒精清洁试板坡口区域以去除坡口部位的水分、油污等。清理后要及时对试板进行焊接，以免试板再次氧化。焊接工艺如表3所示。

表2 试验板时效制度

图2 V形坡口

图3 X形坡口

表3 V形与X形坡口焊接参数

（3）检测方法采用XXG－165 X射线探伤仪对试样焊缝进行X射线检测并评定焊缝质量等级，然后采用日本岛津AG－X100KNH倒置式电子万能试验机，按标准GB/T 228.1－2010分别对五组时效后的板材和焊接接头进行拉伸试验，观察试样的断裂位置，测定抗拉强度，进而分析板材以及接头的拉伸性能。参照标准ISO4136制备拉伸试样，拉伸试样的尺寸如图4所示。按ISO5173－2009进行弯曲试验，由标准选择压头直径为68mm，支点距离93mm，弯曲角度180°。

金相试样经研磨、抛光后采用的腐蚀剂为低浓度混合酸，内含HF、HCl、HNO3和H2O，其配比的比例为1∶1.5∶2.5∶95，腐蚀时间为20s左右，最后用乙醇清洗腐蚀后的表面，同时用热风把表面吹干，此过程要确保腐蚀时间和用乙醇清洗后的表面无残留水纹，本试验采用的是ZEISS－AXIO倒置式材料显微镜对试样进行观察。

图4 拉伸试样尺寸

3.试验结果及分析

（1）时效后A7N01S组织与性能分析通过显微镜的观察，不同时效制度下A7N01S铝合金的在组织上并没有太大区别，晶粒都是挤压过程中形成的纤维状晶粒，如图5～图9所示。材料的力学性能因金属间化合物（即相）分布的均匀程度、该化合物在显微镜下大小程度不同而有区别，一般金属间化合物分布均匀且细小，材料的力学性能则高些，反之则低些，如表4所示，但都符合A7N01S铝合金的标准要求强度。由上述结论，可以看出在相同挤压条件下经过不同的时效处理，型材最终的力学性能有很大的不同，这说明时效制度对型材力学性能的影响很显著。