6061-T6鋁合金棒材焊接裂紋分析

房繼業(yè)，成衛(wèi)兵，周 躍

(儀征海天鋁業(yè)有限公司，江蘇 儀征 211400)

0 前言

6061鋁合金屬于Al-Mg-Si系合金，其特點是具有中等強度、良好的塑性、優(yōu)良的可焊性及耐腐性，廣泛地應用于汽車、建筑、電力等行業(yè)。我公司生產(chǎn)的φ36mm、6061-T6棒材用于汽車行業(yè)，用戶加工成蓋頭焊接在儲氣罐上，需承受0.4MPa的壓力，對材料的要求非常高，不允許有夾雜、裂紋、縮尾等缺陷，并且材料具有非常高的致密性，同時對材料的硬度也有很高的要求：布氏硬度不低于90HB。φ36 、6061棒材用戶在加工好的產(chǎn)品上進行打壓試驗，發(fā)現(xiàn)有部分產(chǎn)品在焊接邊緣出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。為了弄清其泄漏的原因，對樣件進行宏觀組織、顯微組織檢查及分析，以確定其缺陷的性質(zhì)和產(chǎn)生的原因，以便在生產(chǎn)中避免此類缺陷。

1 泄漏部位的宏觀及微觀組織

1.1 宏觀組織觀察

1.1.1 泄漏樣件的外觀形貌

從用戶處帶回有代表性的泄漏樣件進行觀察，棒材的直徑為36mm，焊接在罐子上，棒材經(jīng)加工后端面上有四個孔，在棒的邊緣接近焊接的部位出現(xiàn)泄漏。1.1.2 低倍觀察

把泄漏樣件在線切割上加工成片狀試樣，經(jīng)過15%NaOH水溶液侵蝕后的樣件的低倍組織特征如圖1所示。

圖1 泄漏樣件低倍形貌

從圖1中可以看出：微裂紋位于樣件的邊部，靠近焊接部位。樣件四周晶粒比較粗大，達到3級，最大的顆粒有3mm。

1.2 顯微組織觀察

樣件泄漏處的顯微組織見圖2、圖3所示。

圖2 泄漏樣件顯微組織 50X

圖3 泄漏樣件顯微組織 100X

從圖2可以看出組織形態(tài)不同，左上角為焊材組織而其余部位為母材（6061棒材）。焊材與母材的連接處平穩(wěn)無異常，也無裂紋等現(xiàn)象。而在接近焊材附近母材的晶界處出現(xiàn)微裂紋，裂紋沿晶界延伸。圖3可以看出裂紋沿晶界Al-Mg2Si共晶相處開裂。

2 討論

鋁合金的導熱系數(shù)、比熱容等都很大。焊接時必須采用能量集中功率大的熱源，因此焊接熱處理可強化的鋁合金時，由于焊接熱的影響，會使基體金屬焊縫附近的一些部位的力學性能變壞。氬弧焊焊接時焊點處溫度最高可達1000℃左右，6061鋁合金中Al-Mg2Si共晶相是Al-Mg-Si合金中主要強化相，Mg2Si是一種脆化相，與其他金屬間化合物一樣，存在嚴重的脆性問題。在基體金屬的熱影響區(qū)，由于較大的晶粒和沿晶界存在Al-Mg2Si共晶相，所以在晶界處的強度是最弱處，在焊縫冷卻收縮時產(chǎn)生拉應力的情況下，沿晶界處會產(chǎn)生裂紋，以消除焊接的應力。由于泄漏樣件晶粒粗大，沿晶界析出Mg2Si共晶相，高溫焊接時會導致基體的抗張強度和延伸率過低，由于焊縫收縮在沿強度和塑性較差的晶界處產(chǎn)生裂紋。從圖2可以看出焊縫處平穩(wěn)無異常，說明泄漏與用戶焊接無關(guān)系，而與材料晶粒粗大有直接的關(guān)系。鋁棒生產(chǎn)過程中對晶粒度的控制尤為重要。

3 結(jié)論

6061T6鋁合金棒材焊接裂紋產(chǎn)生的原因與棒材粗大晶粒尤其是邊部晶粒粗大有直接的關(guān)系，生產(chǎn)過程中注意對材料的晶粒度加以控制，焊接裂紋的問題可以解決。