高速列车车体用A6N01铝合金型材焊接裂纹研究

上半月出版Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ．ｗｅｌｍｎｇｌ金属铸锻焊技术
高速列车车体用Ａ６Ｎ０１铝合金型材焊接裂纹研究
吕艳荣．高安江
（龙口丛林中德车体系统工程有限公司，山东龙口２６５７０５）
摘要：针对生产中出现的Ａ６Ｎ０１铝合金焊接裂纹问题进行了相关研究。

通过从力学性能（硬度）、低倍及高倍显微组织等方面的分析，认为在Ａ６Ｎ０１铝合金的焊接过程中，裂纹容易出现的部位为焊缝区和热影响区。

热影响区易出现力学性能不合格的缺陷。

在此基础上，研究了裂纹的形成机理以及热影响区力学性能降低的原因。

关键词：Ａ６Ｎ０１铝合金；ＭＩＧ焊接；裂纹
中圈分类号：ＴＧ４５７．１４文献标识码：Ａ文章编号：１００１．３８１４（２０１０）１７４）１６９４）２
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＷｅｌｄｉｎｇＣｒａｃｋｉｎＡ６Ｎ０１ＡｌｕｍｉｎｕｍＡＨｏｙ
ＵｓｅｄｉｎＩＩｉｇｌｌ－ｓｐｅｅｄＴｒａｉｎＢｏｄｙ
ＬＶＹａｍ＇ｏｎｇ，ＧＡＯＡｎｊｉａｎｇ
（Ｌｏ，谤ｏｕＩＮ／ＭＩＷＣａｒＢｏｄｙＳ如据ｍＥ，画抛ｅｒｆ，ｌｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｏｎｇｋｏｕ２６５７０５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｃｒａｃｋｉｎＡ６Ｎ０１ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｐｒｏｆｉｌｅｄｕｒｉｎｇｐｒａｃｔｉｃａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｗａｔｔｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇ
ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐＩＤＩⅪｎｉｅｓ（ｈａｒｄｎｅｓｓ），ｍａｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｉｃｒｏｓｍａｃｔｕｒｅ，ｉｔｃａｎｂｅｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｃｒａｃｋｉｓｉｎｔｈｅｗｅｌｄｚｏｎｅａｎｄｈｅａｔａｆｆｅｃｔｅｄｚｏｎｅａｎｄｔｈｅｄｅｆｅｃｔｏｆｕｎｑｕａｌｉｆｉｅｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｅａｓｉｌｙｏｃｃｕｒｉｎｈｅａｔａｆｆｅｃｔｅｄｚｏｎｅ．Ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ，ｔｈｅｆｏｒｍｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｔｈｅｃｒａｃｋａｎｄｔｈｅｒｅａ∞ｎｓｆｏｒｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐＩ删髓ｉｎｈｅａｔａｆｆｅｃｔｅｄｚｏｎｅｗｅｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ。

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａ６Ｎ０１
ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ；ＭＩＧｗｅｌｄｉｎｇ；ｃｒａｃｋ
随着现代交通工具的快速发展．对材料的性能要求也越来越高。

铝合金制品因其质轻、耐蚀性好、拉伸性能好等特点。

可实现其型材的大型宽体化。

为此，铝合金在高速列车车体中的应用已成为当今世界各国研究的热点【ｌ】。

大型薄壁超宽铝合金型材是制造高速列车车体的关键构件。

其质量优劣对于提高高速列车的运行寿命具有重要意义。

国内某机车公司开发制造的２００和３００ｋｍ／ｈ高速列车车体均采用大型超长宽幅中空铝合金挤压型材的焊接结构。

Ａ６Ｎ０１铝合金属ＡＩ．Ｍｇ．Ｓｉ系铝合金．具有中等强度，挤压性好，耐蚀性良好等特点，适于制造车体主体结构用的复杂截面多孔中空型材。

国外高速列车制造公司均采用此类合金作为生产高速列车的关键用材。

但由于铝合金的线膨胀系数较大，约为钢的２倍，凝固体积收缩率可达６．５％～６．６％，因此，在焊接某些铝合金时往往由于过大的收缩内应力而导
收稿日期：２０１０－０５．２５
作者简介：吕艳荣（１９８０－），女，山东郓城人，助理工程师，本科，国际焊接工程师。

高级焊接质检师。

主要研究方向：铝合金焊接
工艺；电话：０５３５·８５６１３７２；
Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｙｒｏｎ９２００６＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ致裂纹产生闭。

严重影响基体的综合性能。

本文根据Ａ６Ｎ０１铝合金型材焊接过程中产生热裂纹的现象。

分析了其形成机理和影响因素。

１实验材料与方法
实验所用材料为丛林铝业公司生产的Ａ６ＮＯｌ铝合金大型薄壁空心型材。

供货状态为Ｔ５状态，即挤压后进行在线固溶处理。

然后进行人工时效。

型材断面见图１，型材高度为６４ｒａｍ，壁厚２．８ｍｍ。

图１铝合金型材断面图
Ｆｉｇ．１Ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｏｆ
ｔｈｅａｌｕｍｉｎｕｍａＵｏｙｐｒｏｆｉｌｅ焊前。

对铝合金型材焊接部位进行预处理：坡口形式为Ｖ型，坡口角度为７０。

钝边为０．５ｍｍ；采用１３４０清洗剂对坡口附近的油脂进行清洗，之后用风
《热加工工艺》２０１０年第３９卷第１７期
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金属铸锻焊技术Ｉｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·Ｗｅｌｄｉｎｇ
２０１０年９月
动打磨工具对坡口附近的氧化皮等进行清理。

预处理后．采用德国Ｃｌｏｏｓ焊接机器人进行脉冲ＭＩＧ双丝焊接，焊丝型号为ＥＲ５０８７，焊丝直径为１．２Ｉ／１１１１；保护气体为纯氩（纯度９９．９９％），气体流量为１４．３Ｌ／ｍｉｎ：焊接工艺参数：焊接电流１７０－１９０Ａ，电弧电压２０～２ｌＶ，焊接速度１０－－一１１ｍ／ｍｉｎ。

实验用Ａ６Ｎ０１铝合金及焊丝的化学成分见表１。

表１实验用Ａ６Ｎ０ｌ铝合金及焊丝的
化学成分（质量分数。

％）
Ｔａｂ．１
ＣｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅＡ６Ｎ０１ＡＩａｌｌｏｙ
ａｎｄｔｈｅｗｉｒｅ（ｗｔ％）材料
Ｍｇ
Ｓｉ
Ｚｎ
Ｆｅ
Ｃｕ
ＭｎＣｒＴｉ
Ａ１
Ａ６Ｎ０１０．４－－０．８０．４一∞．９≤Ｏ．２５≤Ｏ．３５≤０．３５≤Ｏ．５Ｉ≤Ｏ．３≤Ｏ．１
余量
ＥＩＵ０８７
４．８
０．０７
Ｏ．ｏｏ
Ｏ．１０
Ｏ．ｏｏ
０．９
１０．０７Ｏ．０１余量
焊后。

采用ＨＢ．３０００型硬度计沿焊接接头垂直焊道方向进行硬度测试：用风动工具沿型材横断面切取长条试样，制取金相试样；低倍试样采用１５％ＮａＯＨ溶液进行腐蚀．用放大镜观察其宏观形貌；微观金相试样采用ｌ％ＨＦ＋１．５％ＨＣｌ＋２．５％ＨＮ０３混合酸溶液进行腐蚀，在金相显微镜下观察组织。

２结果与讨论
２．１焊接接头不同区域的硬度分布
焊接接头不同区域的硬度分布如图２所示。

可以看出，在一定的焊接工艺条件下，接头的硬度分布是以焊缝中心为对称轴分布。

中心处硬度较低，随着离中心处距离的增加，硬度略有上升，但当距离再增加时，硬度又开始下降，在大约距焊缝１５ｒｎｍ左右，硬度有一最低点。

之后，随着距离的增加，硬度值开始增大，直至达到基体铝材的硬度。

根据文献【３】，铝合金焊接接头沿温度下降的方向可分为焊缝区、熔合区、热影响区、基体组织。

焊缝区、熔合区、热影响区的力学性能都较低。

从图２可发现，热影响区的力学性能比其他两个部位的性能要低，为危险部位。

营
越
醚
离焊缝中心的距离／ｍｍ
图２焊接接头的硬度分布图
Ｆｉｇ．２
１１１ｅｈａｒｄｎｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｗｅｌｄｅｄ
ｊｏｉｎｔ
２．２焊接接头的低倍分析
Ａ６Ｎ０１铝合金型材焊接接头裂纹如图３所示。

观察焊接之后的铝合金型材宏观形貌，发现在焊缝和热影响区附图３焊接接头裂纹宏观照片
近产生了裂纹。

从图３Ｆｉｇ．３
Ｔｈｅｍａｃｒｏｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｏｆ
可以看出，裂纹为明显
ｗｅ№ｄＪｏｍ‘ｃ豫ｃｋ
的热裂纹，即结晶裂纹。

这主要是因为在焊接过程
中，由于焊接热循环的影响，接头附近的材料组织发生了很大的变化，影响了焊接工件的整体强度，使裂纹扩展成为可能。

２．３焊接接头的金相组织分析
焊接接头的金相显微组织如图４所示。

在焊接过程中，由于焊接热循环的影响，导致接头不同部位的显
微组织有很大的不同。

图４焊接接头的金相显微组织焊缝是焊丝熔化后的急Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ冷结晶组织．其性能取
ｍｗｅｌｔｔｅｄＪ０１幽
决于５０８７合金的化学成分和结晶过程。

故为铸造组织。

力学性能低，组织较疏松。

当铝合金液态熔池冷却、凝固结晶到完全形成固态是在某一温度范围内进行的。

在这个温度范围内同时存在着液态和固态金属，其强度、塑性都很低；另一方面，由于铝合金的线膨胀系数大，在焊缝金属冷却收缩过程中产生很大的拉伸变形，当熔池金属处在脆性温度区间的时刻。

与产生最大拉伸变形的时刻一致时立即引起裂纹。

熔合区是焊丝与基体金属形成的一种混合组织。

以熔合区附近的基材晶粒表面作为晶核。

长大成柱状晶粒。

由于熔合区存在着严重的化学不均匀性和物理不均匀性。

从而使该区域成为焊接接头的一个薄弱地带。

但从接头处的硬度分布图可看出，最低力
学性能并未在此处，这主要是由于实验用Ａ６Ｎ０ｌ铝合金挤压型材为热处理强化铝合金．焊接过程使基材的某个区域（热影响区）性能降低得更明显，同时５０８７焊丝与Ａ６Ｎ０１铝合金配合合理也是熔合区未成为焊接接头最薄弱地带的一个重要原因。

热影响区
受焊接热效应的影响，组织明显粗化，造成该区力学
性能的降低。

（下转第１７２页）
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Ｈｏｔ
ＷｏｒｋｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
２０１０，Ｖ０１．３９，Ｎｏ．１７
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２０１０年９月
图１金相组织Ｆｉｇ．１Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
２．２显微硬度
沿垂直于熔合线的方向．从堆焊层到基体．每隔８００斗ｍ测量硬度值，测试结果如图２所示。

可看出，堆焊层内的硬度比较稳定；从堆焊层界面开始，热影响区内的硬度逐渐升高，达到最大值（３６０ＨＶ）后又逐渐降低；堆焊层的硬度高于基体硬度。

营
鏊蓄
测量点
图２硬度分布曲线
Ｆｉｇ．２
Ｈａｒｄｎｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
ｃｕｒｖｅ
２．３耐腐蚀性能
堆焊层试样腐蚀前后的质量没有变化：基体试样腐蚀前的质量为３．０１４ｇ，腐蚀后的质量为１．６４８ｇ，约为腐蚀前质量的１／２。

由于Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５合金属于镍基合金，镍是耐蚀合金理想的基本元素，对某些化学物质具有良好的抗腐蚀性；此外，由于合金中还有铬和钼元素的存在，从而提高了其耐腐蚀性能［５－７１。

３总结
（１）Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５合金堆焊层的组织为树枝状奥氏体，堆焊层与基体熔合良好，没有产生开裂现象。

基体侧热影响区的显微硬度值最高。

堆焊层的硬度高于基体的硬度。

（２）Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５合金在５０℃的１０％ＦｅＣｌ３溶液中浸渍２４ｈ，腐蚀前后试样的质量没有发生变化，具有优良的抗腐蚀能力。

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（５）：辑４６．田
（上接第１７０页）
３
结论
（１）Ａ６Ｎ０１铝合金和５０８７（焊丝）焊接接头的
性能低于Ａ６Ｎ０１铝合金基体的性能。

（２）由于焊接热输入的影响，在焊缝两侧形成了热影响区，此区为焊接接头力学性能的最薄弱地带。

（３）焊缝处热裂纹的产生是由于焊丝金属在熔
化凝固过程中产生应力集中造成的。

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Ｗｏｒｋｉｎｇ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
２０１０，Ｖ０１．３９，Ｎｏ．１７
高速列车车体用A6N01铝合金型材焊接裂纹研究
作者：吕艳荣， 高安江， LV Yanrong， GAO Anjiang
作者单位：龙口丛林中德车体系统工程有限公司,山东,龙口,265705
刊名：
热加工工艺
英文刊名：HOT WORKING TECHNOLOGY
年，卷(期)：2010，39(17)
被引用次数：0次
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3.姜澜.王炎金.王宇新.金曼.王德全.魏绪钧高速列车用6005A合金焊接接头组织与性能研究 2002(4)
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