矯形工藝對6N01－T5鋁合金焊接接頭性能的影響

趙志林

(中車青島四方機車車輛股份有限公司,山東 青島266111)

0 前言

6N01－T5鋁合金強度高,重量輕,并具有優越的延展性,被廣泛應用于軌道車輛側墻、車頂等大部件生產制造中,一般采用數塊大幅面中空擠壓鋁型材插接組焊而成。由于6N01鋁合金的導熱性好,線膨脹系數大,導致焊接時焊接變形很大,需要火焰矯形進行調修,以滿足尺寸公差要求,焊后矯形使得材料性能降低,所以研究材料矯形工藝與材料性能的關系,可為列車的行車安全提供保障。

火焰加熱矯形技術復雜,受矯形溫度和矯形時間等眾多影響,近年來,國內外諸多學者研究了火焰矯形工藝與焊接接頭性能關系,如姜瀾等通過研究6005A鋁合金型材焊接火焰矯形溫度對焊接接頭性能的影響;于今朋等人基于對8V對接焊縫數值仿真溫度循環曲線的火焰矯形方法的研究,確定了熱矯溫度及溫度/時間組合的控制;崔洪才通過對6063鋁合金火焰校正加熱過程的熱循環分析,得出6063鋁合金焊件能夠進行火焰校正的結論。

本文以車頂、側墻性能材料為研究對象,通過GLEEBLE熱模擬試驗機研究6N01鋁合金材料的焊接矯形過程,建立鋁合金焊接接頭力學性能與矯形溫度、矯形次數的關系,優化矯形工藝參數。

1 試驗材料及設備

焊接及火焰矯形試驗材料采用國內某鋁業公司提供的A6N01－T5鋁合金車頂型材,試驗材料成分如表1所示;試驗設備為GLEEBLE3500熱模擬試驗機,試樣尺寸設計按照《GB/T 4338－2006金屬材料高溫拉伸試驗方法》進行,試樣尺寸為95mm×15mm×3mm,試樣如圖1所示。

表1 6N01－T5鋁合金化學成分(%)

利用GLEEBLE 3500熱模擬試驗機按照現車工藝參數進行焊接模擬,采用熱電偶溫度傳感器采集溫度并進行實時控制,熱模擬試驗后試樣均未發生斷裂,表面也無任何裂紋等破壞。

圖1 焊接及矯形試驗試樣圖

2 矯形溫度對A6N01焊后力學性能的影響

為了研究矯形溫度對6N01鋁合金焊接接頭的影響,試驗選取180℃、200℃、220℃、240℃、240℃、260℃、280℃、和300℃,每組五個試樣,每個溫度下保溫8s,以保證試樣沿厚度方向受熱均勻,矯形完畢后進行硬度試驗和拉伸試驗,經過數據處理后,試驗結果如圖2所示。

圖2 不同矯形溫度下顯微硬度及力學性能

從顯微硬度和力學性能分析,隨著矯形溫度的升高,A6N01－T5焊接接頭的顯微硬度和力學性能呈下降趨勢,初始焊接接頭的硬度為75HV,抗拉強度為256MPa,屈服強度為112MPa,當矯形溫度為240℃時,材料的硬度降為70 HV,抗拉強度降為241MPa,屈服強度降為103MPa,材料的材料的性能下降明顯,下降斜率較大,故矯形溫度盡量控制在240℃以內。

3 矯形次數對A6N01焊后力學性能的影響

為了研究矯形次數對6N01鋁合金焊接接頭的影響,試驗矯形次數選取1、2、3、4次矯形,每組五個試樣,矯形溫度選取240℃,保溫時間為8s,待試樣充分冷卻后進行重復矯形,以減少殘余熱能量造成的試驗誤差,矯形完畢后進行硬度試驗和拉伸試驗,對試驗結果進行數據處理,得到試驗結果如圖3所示。

圖3 不同矯形次數下焊接接頭顯微硬度及力學性能

顯微硬度方面,矯形1次,顯微硬度為70HV,矯形2次,顯微硬度為68 HV,矯形3次,顯微硬度為65 HV,矯形4次,顯微硬度為63HV;力學性能方面,矯形1次,焊接接頭抗拉強度為252MPa,屈服強度為130MPa,矯形2次,焊接接頭的抗拉強度為246MPa,屈服強度為126MPa,矯形3次,焊接接頭的抗拉強度和屈服強度分別為239MPa、121MPa,矯形4次,焊接接頭的抗拉強度和屈服強度分別為232MPa、114MPa。由試驗結果可以看出,隨著矯形次數的增加,焊接接頭的顯微硬度及力學性能均呈現下降的趨勢,矯形次數越少越好。

4 結論

采用熱模擬試驗機模擬A6N01焊接接頭不同矯形溫度、不同矯形次數下的熱循環過程,測量了試樣的顯微硬度和拉伸力學性能,建立了矯形溫度、矯形次數與焊接接頭力學性能的關系,得出以下結論：

(1)A6N01焊接接頭的顯微硬度、抗拉強度和屈服強度隨著矯形溫度的增加而減小,并且在240℃以后,上述性能隨著矯形溫度的增加下降迅速,從接頭性能考慮,矯形溫度不應超過240℃;

(2)隨著矯形次數的增加,A6N01焊接接頭的顯微硬度、抗拉強度及屈服強度呈現下降的趨勢,車頂側墻等大部件在滿足尺寸公差的基礎上,矯形次數越少越好。

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