6061-T6铝合金棒材焊接裂纹分析

2014-04-16房继业成卫兵

铝加工 2014年2期

房继业，成卫兵，周跃

(仪征海天铝业有限公司，江苏仪征 211400)

0 前言

6061铝合金属于Al-Mg-Si系合金，其特点是具有中等强度、良好的塑性、优良的可焊性及耐腐性，广泛地应用于汽车、建筑、电力等行业。我公司生产的φ36mm、6061-T6棒材用于汽车行业，用户加工成盖头焊接在储气罐上，需承受0.4MPa的压力，对材料的要求非常高，不允许有夹杂、裂纹、缩尾等缺陷，并且材料具有非常高的致密性，同时对材料的硬度也有很高的要求：布氏硬度不低于90HB。φ36 、6061棒材用户在加工好的产品上进行打压试验，发现有部分产品在焊接边缘出现泄漏现象。为了弄清其泄漏的原因，对样件进行宏观组织、显微组织检查及分析，以确定其缺陷的性质和产生的原因，以便在生产中避免此类缺陷。

1 泄漏部位的宏观及微观组织

1.1 宏观组织观察

1.1.1 泄漏样件的外观形貌

从用户处带回有代表性的泄漏样件进行观察，棒材的直径为36mm，焊接在罐子上，棒材经加工后端面上有四个孔，在棒的边缘接近焊接的部位出现泄漏。1.1.2 低倍观察

把泄漏样件在线切割上加工成片状试样，经过15%NaOH水溶液侵蚀后的样件的低倍组织特征如图1所示。

图1 泄漏样件低倍形貌

从图1中可以看出：微裂纹位于样件的边部，靠近焊接部位。样件四周晶粒比较粗大，达到3级，最大的颗粒有3mm。

1.2 显微组织观察

样件泄漏处的显微组织见图2、图3所示。

图2 泄漏样件显微组织 50X

图3 泄漏样件显微组织 100X

从图2可以看出组织形态不同，左上角为焊材组织而其余部位为母材（6061棒材）。焊材与母材的连接处平稳无异常，也无裂纹等现象。而在接近焊材附近母材的晶界处出现微裂纹，裂纹沿晶界延伸。图3可以看出裂纹沿晶界Al-Mg2Si共晶相处开裂。

2 讨论

铝合金的导热系数、比热容等都很大。焊接时必须采用能量集中功率大的热源，因此焊接热处理可强化的铝合金时，由于焊接热的影响，会使基体金属焊缝附近的一些部位的力学性能变坏。氩弧焊焊接时焊点处温度最高可达1000℃左右，6061铝合金中Al-Mg2Si共晶相是Al-Mg-Si合金中主要强化相，Mg2Si是一种脆化相，与其他金属间化合物一样，存在严重的脆性问题。在基体金属的热影响区，由于较大的晶粒和沿晶界存在Al-Mg2Si共晶相，所以在晶界处的强度是最弱处，在焊缝冷却收缩时产生拉应力的情况下，沿晶界处会产生裂纹，以消除焊接的应力。由于泄漏样件晶粒粗大，沿晶界析出Mg2Si共晶相，高温焊接时会导致基体的抗张强度和延伸率过低，由于焊缝收缩在沿强度和塑性较差的晶界处产生裂纹。从图2可以看出焊缝处平稳无异常，说明泄漏与用户焊接无关系，而与材料晶粒粗大有直接的关系。铝棒生产过程中对晶粒度的控制尤为重要。