軌道交通用6082-T6鋁合金MIG焊接接頭組織與疲勞性能

戴麗芳 孔華 孫祿帥 鞏全軍

摘要：為實(shí)現(xiàn)軌道的科學(xué)化建造，減少質(zhì)量問題的出現(xiàn)，越來越多的施工企業(yè)通過技術(shù)創(chuàng)新等多種舉措，對現(xiàn)有施工體系進(jìn)行升級，旨在實(shí)現(xiàn)軌道交通制造體系的升級。文章以軌道鋁合金焊接作為研究對象，通過對焊接接頭的科學(xué)分析以及高效應(yīng)對，有效應(yīng)對MIG焊接工藝體系下，鋁合金焊接接頭的疲勞度，提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，延長軌道交通鋁合金的整體使用壽命。

關(guān)鍵詞：軌道交通;鋁合金;MIG焊接;疲勞性能

中圖分類號：TG407? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）20-0076-02

0? 引言

隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，人口數(shù)量的增加，為有效解決交通擁堵等問題，各地逐步加強(qiáng)公共交通體系建設(shè)投入力度，將軌道交通作為建設(shè)重點(diǎn)，進(jìn)行針對性的項(xiàng)目規(guī)劃施工建設(shè)。鋁合金作為現(xiàn)階段軌道交通的主要材質(zhì)，與傳統(tǒng)合金材料相比，其密度小、重量輕、強(qiáng)度高并且加工難度較低，成為城際列車、高鐵以及地鐵的制造原料。為更好地發(fā)揮鋁合金在軌道交通加工、制造中的應(yīng)用，除了需要做好選材等工作之外，還應(yīng)當(dāng)采取相關(guān)技術(shù)手段，形成完備的焊接技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)鋁合金連接強(qiáng)度、耐用性的全面提升。

1? 6082-T6鋁合金與MIG焊接概述

對軌道交通6082-T6鋁合金以及MIG焊接工藝特點(diǎn)的分析，有助于工作人員在思想形成逐步形成正確的觀念認(rèn)知，準(zhǔn)確把握材料性能以及MIG焊接參數(shù)，對于后續(xù)焊接接頭組織的分析以及疲勞性評估，創(chuàng)造了便利條件。

1.1 16082-T6鋁合金特點(diǎn)

作為現(xiàn)階段軌道交通的主要合金材料，6082-T6鋁合金結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高、可塑性較好、加工難度較低，性狀較為穩(wěn)定。但是在進(jìn)行日常焊接加工的過程中，6082-T6鋁合金在空氣等外部環(huán)境的作用下，容易發(fā)生氧化的情況，生產(chǎn)氧化鋁等焊接雜質(zhì)。氧化鋁自身的熔點(diǎn)較高，并且其材料性狀較不穩(wěn)定，在實(shí)際過程中，工作人員往往需要耗費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行去除，因此現(xiàn)階段，多數(shù)加工企業(yè)，往往采用MIG焊接工藝，對6082-T6鋁合金進(jìn)行焊接處理，旨在通過焊接技術(shù)手段的提升，來實(shí)現(xiàn)對焊接區(qū)域雜質(zhì)等科學(xué)應(yīng)對與有效處理[1]。從相關(guān)研究結(jié)構(gòu)公布的數(shù)據(jù)來看，6082-T6鋁合金的線性膨脹系數(shù)較大，約為碳素鋼的兩倍以上，因此在焊接的高溫環(huán)境下，6082-T6鋁合金形變量往往較大，形變量的增加，會誘發(fā)焊接接頭區(qū)域出現(xiàn)裂縫，影響6082-T6鋁合金焊接接頭區(qū)域的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

1.2 MIG焊接特點(diǎn)

MIG焊接作為現(xiàn)階段一種成熟、高效的焊接手段，將氬氣作為焊接電弧的主要作用介質(zhì)，通依托氬氣的惰性，實(shí)現(xiàn)了對焊接母材高溫環(huán)境下，金屬熔滴、焊接熔池以及焊接區(qū)高溫金屬的科學(xué)、高效應(yīng)對，是目前完備高效的焊接技術(shù)。同時(shí)MIG焊接工藝在實(shí)踐過程中，所使用的焊接耗材整體成本偏低，因此在實(shí)際機(jī)械生產(chǎn)、加工的過程中，有著更強(qiáng)的實(shí)用性。但是技術(shù)人員在焊接過程中，必須清楚地認(rèn)識到MIG焊接使用的氬氣作為介質(zhì)，盡管氬氣作為惰性氣體，性狀極為穩(wěn)定，絕大多數(shù)情況下，不會與焊接母材等相關(guān)材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但是在焊接過程中，仍需要技術(shù)人員做好焊接母材、焊接焊絲的表面清潔工作，避免焊接母材表面區(qū)域出現(xiàn)油污、鐵銹等，以免影響最終的焊接效果[2]。在實(shí)際焊接過程中，借助于直流CV焊接電源或者脈沖焊接帶能源，涉及到的技術(shù)、材質(zhì)等較為成熟，并且焊接效果穩(wěn)定可靠的推拉式焊槍，對焊接母材進(jìn)行處理。與傳統(tǒng)的焊接技術(shù)相比，MIG焊接工藝可以實(shí)現(xiàn)對所有類型金屬的焊接，尤其適合對鋁合金、銅合金以及不銹鋼等金屬的焊接處理，在整個(gè)焊接過程中，基本上不會產(chǎn)生氧化鋁等殘?jiān)?，焊接效果較好。為更好地開展鋁合金MIG焊接工作，有效規(guī)避焊接過程中焊接質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)企業(yè)以及工作人員需要積極轉(zhuǎn)變觀念認(rèn)知，創(chuàng)新技術(shù)方法，采取更為積極主動(dòng)的策略，對鋁合金MIG焊搭過程中搭頭區(qū)域進(jìn)行有效處理，通過這種方式，實(shí)現(xiàn)對焊接區(qū)域的有效處理，避免焊接質(zhì)量問題的出現(xiàn)，為后續(xù)加工制造活動(dòng)的開展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2? 6082-T6鋁合金MIG焊接接頭組織分析

對于6082-T6鋁合金MIG焊接接頭組織的分析，無疑能夠較好地把握焊接區(qū)域的基礎(chǔ)參數(shù)，對于焊接接頭的處理提供針對性的引導(dǎo)，增強(qiáng)MIG焊接接頭的處理能力，從而將焊接接頭應(yīng)力以及形變量控制在合理的范圍之內(nèi)，確保6082-T6鋁合金的焊接成效。

2.1 6082-T6鋁合金MIG焊接接頭組織分析的準(zhǔn)備工作

為實(shí)現(xiàn)6082-T6鋁合金MIG焊接接頭組織特性的科學(xué)分析，工作人員在研究活動(dòng)開展之初，需要設(shè)定相應(yīng)的研究場景，準(zhǔn)備必要的研究材料，通過這種方式，為后續(xù)研究活動(dòng)的開展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)量化分析。在這一思路的指導(dǎo)下，選擇現(xiàn)階段軌道交通常用的厚度為16毫米的6082-T6鋁合金作為主要研究對象，并根據(jù)MIG焊接工藝的主要參數(shù)，對焊接焊絲的型號等進(jìn)行提前的篩選，通過這種方式，確保研究活動(dòng)的有效性[3]。在為完成上述準(zhǔn)備工作之后，還需要對焊接母材的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及斷后伸長率等進(jìn)行測評，并進(jìn)行記錄。焊接過程中，需要對焊接區(qū)域進(jìn)行清潔，避免焊接區(qū)域出現(xiàn)油污等，影響焊接成效，并且使用純度為99.9%的氬氣作為焊接保護(hù)氣體，根據(jù)相關(guān)要求，對MIG的焊接參數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)控制。焊接區(qū)域的形狀如圖1所示。

在根據(jù)相關(guān)焊接參數(shù)要求，完成焊接操作后，需要通過線切割加工法對焊接接頭區(qū)域進(jìn)行取樣處理，取樣工作完成之后，借助于銑床等設(shè)備，對焊接接頭區(qū)域進(jìn)行加工處理，在加工處理的過程中，要盡可能地消除打磨處理環(huán)節(jié)在焊接接頭表面出現(xiàn)的缺陷，銑床處理加工完成后，還需要根據(jù)實(shí)際情況，選擇不同型號的砂紙，對接頭區(qū)域繼續(xù)進(jìn)行打磨處理。通過這種處理方式，實(shí)現(xiàn)對6082-T6鋁合金MIG焊接接頭區(qū)域真實(shí)狀態(tài)的全面反應(yīng)，為后續(xù)焊接接頭組織分析以及疲勞性評估創(chuàng)造了便利條件。

2.2 相關(guān)觀測儀器的合理化使用

6082-T6鋁合金MIG焊接接頭組織分析過程中，需要借助于相應(yīng)的儀器設(shè)備，對接頭組織進(jìn)行顯微分析，通過對觀測儀器的合理化使用，實(shí)現(xiàn)對焊接接頭組織真實(shí)情況的全面反饋。在焊接接頭組織分析的過程中，需要注重做好，焊接接頭區(qū)域焊接晶體性狀以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析。目前對于晶體結(jié)構(gòu)的檢測主要采用光電顯微鏡，通過顯微鏡進(jìn)行細(xì)致的觀察，而對于焊接接頭的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，則主要采用通過顯微硬度測試這種檢測方法進(jìn)行[4]。例如使用光電顯微鏡，對焊接接頭區(qū)域的組織形態(tài)進(jìn)行細(xì)致觀察，根據(jù)觀察結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對焊接組織狀態(tài)的分析。通過對研究材料的顯微觀察，可以發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過MIG焊接工藝的焊接處理后，6082-T6鋁合金焊接接頭區(qū)域的邊緣位置出現(xiàn)了柱狀晶體，痕接縫隙的位置則出現(xiàn)了樹枝狀晶體，所有晶體均表現(xiàn)出連生結(jié)晶的特點(diǎn)。在對這些晶體進(jìn)行硬度檢測后課可以發(fā)現(xiàn)，焊接接頭區(qū)域的晶體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度明顯低于6082-T6鋁合金的母材，并且在焊接接頭的中心11毫米的半徑內(nèi)，硬度最低。

3? 6082-T6鋁合金MIG焊接接頭疲勞性分析

對于6082-T6鋁合金MIG焊接接頭疲勞性的分析，使得工作人員能夠較好地掌握接頭受力特性，實(shí)現(xiàn)其服務(wù)性能、耐久度的科學(xué)評估，對于焊接接頭的維護(hù)提供了基礎(chǔ)參數(shù)，避免了焊接接頭處理的盲目性。

3.1 6082-T6鋁合金MIG焊接接頭疲勞性分析準(zhǔn)備工作

對于6082-T6鋁合金MIG焊接接頭疲勞性的分析，仍舊可以沿用6082-T6鋁合金MIG焊接接頭組織分析的研究方法，對研究樣品、焊接參數(shù)等進(jìn)行合理的管控，通過這種方式，為焊接接頭疲勞性的分析評估營造出良好的外部環(huán)境。在完成研究條件的塑造之后，需要有針對性地進(jìn)行疲勞性分析的相關(guān)準(zhǔn)備工作，具體來看，使用硬度測試法，按照HX-100型維氏硬度的測定標(biāo)準(zhǔn)，持續(xù)對6082-T6鋁合金焊接接頭區(qū)域進(jìn)行外力的施加，外力的大小為100N，時(shí)間保持在15秒，在完成外力施加后，需要使用超深景顯微鏡，對焊接接頭區(qū)域的進(jìn)行觀察，并記錄觀察結(jié)果[5]。觀察工作完成之后，使用一定的具有腐蝕性的試劑，對6082-T6鋁合金的焊接接頭進(jìn)行腐蝕處理，腐蝕的時(shí)間長度為40秒，在腐蝕處理完成之后，使用X射線對焊接接頭區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，通過外力的施加以及腐蝕條件的營造，打造出一個(gè)成熟的6082-T6鋁合金MIG焊接接頭的疲勞性性分析場景，最大程度地保證了疲勞性分析的準(zhǔn)確性以及有效性。

3.2 6082-T6鋁合金MIG焊接接頭疲勞性分析方法

6082-T6鋁合金MIG焊接接頭疲勞性的分析，要求在完成研究場景的塑造之后，借助于數(shù)學(xué)模型，對疲勞性研究過程中，產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析，通過量化手段，真實(shí)反映出焊接接頭的疲勞情況，旨在為6082-T6鋁合金MIG焊接接頭的維護(hù)與管理提供參考。在實(shí)際的疲勞性分析過程中，可以使用冪函數(shù)模型，通過S-N曲線的形式，將疲勞性進(jìn)行完整的圖形化呈現(xiàn)。通過這種方式，不僅能夠掌握6082-T6鋁合金MIG焊接接頭的疲勞性變化特性，還能夠在很大程度上，明確不同影響因素與疲勞性之間的關(guān)系。例如，通過S-N曲線，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)6082-T6鋁合金的使用壽命周期為3年時(shí)，其極限疲勞往往為130Mpa，在MIG焊接工藝下，相關(guān)疲勞極限條件下，焊接接頭的使用壽命僅為2.4年，因此可以發(fā)現(xiàn)，MIG焊接工藝的使用，在一定程度上，會影響焊接區(qū)域的性能，造成使用年限的降低，疲勞性的增加。從微觀角度來看，疲勞性的出現(xiàn)與6082-T6鋁合金MIG焊接過程中出現(xiàn)的裂紋數(shù)量以及氣孔密度有著密切的聯(lián)系，當(dāng)裂紋數(shù)量較少、氣孔密度較小時(shí)，6082-T6鋁合金的疲勞性較低，使用壽命較長，當(dāng)裂紋數(shù)量較多、氣孔密度較大時(shí)，6082-T6鋁合金的疲勞性較強(qiáng)，使用壽命較短。這種關(guān)聯(lián)性的存在，要求相關(guān)企業(yè)在使用MIG焊接工藝，對6082-T6鋁合金進(jìn)行處理的過程中，需要認(rèn)真控制焊接接頭區(qū)域的裂紋以及氣孔，以此來保證焊接接頭的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及抗疲勞性，延長使用壽命。

4? 結(jié)語

MIG焊接工藝作為軌道交通6082-T6鋁合金的主要處理手段，其能夠在保障鋁合金物理性質(zhì)不變的情況下，保證焊接成效，避免焊接接頭出現(xiàn)氧化鋁等雜質(zhì)，造成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及耐久性的下降。文章從疲勞性以及接頭組織分析入手，對焊接接頭區(qū)域的主要參數(shù)進(jìn)行全面掌握，幫助工作人員更好地掌握6082-T6鋁合金焊接接頭的實(shí)際情況，為焊接工藝的升級、接頭疲勞度的調(diào)控創(chuàng)造便利條件。

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