6005A-T6铝合金型材搅拌摩擦焊接头与MIG焊接头应力腐蚀敏感性

钮旭晶，鲁二敬，郁志凯

（中车唐山机车车辆有限公司，河北唐山063035）

0 前言

搅拌摩擦焊热输入低、焊接变形小、无需焊接填充材料、焊缝金属不发生熔化、无熔焊所具有的焊接缺陷、不产生焊接烟尘、无除尘除湿的环境要求、制造成本低，是一项绿色环保的新型焊接技术，近年来在轨道车辆铝合金车体上逐步开始工程化应用。铝合金车体焊接接头的重要指标之一是要具有良好的耐腐蚀性能，目前铝合金焊接接头由腐蚀引起的破坏主要有腐蚀疲劳和应力腐蚀两大类，确定铝合金搅拌摩擦焊接头的应力腐蚀敏感性并与MIG焊接头进行对比，这些对于促进搅拌摩擦焊在铝合金铁道车辆上的应用、提高制造水平具有重要的现实意义。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

试验材料选用5 mm厚6005A-T6铝合金型材，尺寸1 000 mm×300 mm×5 mm，采用对接接头方式，母材抗拉强度为285 MPa、屈服强度为285MPa，延伸率6%。化学成分如表1所示。具体焊接工艺参数如表2所示。焊接试验设备采用航天工程装备（苏州）有限公司生产的二维搅拌摩擦焊设备。焊前打磨焊接坡口以去除氧化膜，用酒精清洗干净，防止氧化物油污和杂质等对焊接接头的质量造成影响。

表1 铝合金母材6005A-T6的化学成分%

表2 单层带筋板型材焊接工艺参数

1.2 应力腐蚀敏感性试验方法

6005A-T6铝合金型材焊接接头应力腐蚀敏感性试验采用慢应变速率拉伸（SSRT）试验方法进行评定。试验参照GB/T15970.7-2000《金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第7部分：慢应变速率试验》、HB 7235-1995《慢应变速率应力腐蚀试验方法》和JIS H8711-2000《铝合金耐应力腐蚀张裂的试验方法》进行。试验应变速率为10～6 mm/s，试验温度为室温（20～25℃）。SSRT试验以硅油介质作为惰性环境，质量分数3.5%NaCl溶液作为腐蚀环境。

根据标准规定，将暴露在试验环境中和暴露在惰性环境中的相同试样进行比较来评定应力腐蚀破裂的敏感性，比值偏离越远，则开裂敏感性越高。本项目采用达到的最大载荷之比（ISSRT=σ3.5%NaCl溶液/σ硅油）来计算6005A-T6铝合金车钩面板焊接接头的应力腐蚀敏感性。试件制备时确保无污染物引入，标距区域的粗糙度不大于1 μm。试件相互浸渍时间约2天，期间试样断裂后应立即取出用蒸馏水或去离子水彻底清洗并风干。SSRT试验尺寸见图1。

图1 SSRT试样尺寸

2 结果与分析

2.1 FSW焊接头应力腐蚀性

搅拌摩擦焊接头SSRT应力-位移曲线如图2所示。在3.5%NaCl溶液中接头的强度和拉伸位移略小于硅油惰性介质中的，但相差幅度不大。

图2 搅拌摩擦焊接头SSRT应力-位移曲线

根据 ISSRT=σ3.5%NaCl溶液/σ硅油计算出上、中、下 3 层的应力腐蚀敏感指数如表3所示。搅拌摩擦焊接头上、中、下3层应力腐蚀敏感指数接近1，接头平均应力腐蚀敏感性指数为0.963，说明各个区域在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀敏感性不明显，接头整体的应力腐蚀敏感性不高。

图3 上、中、下3层区域SSRT试样断口SEM形貌

表3 应力腐蚀敏感性指数

上、中、下3层区域SSRT试样断口SEM形貌如图3所示。无论是硅油环境还是3.5%NaCl溶液，断口边缘位置为塑性变形滑移形成的摩擦痕迹，没有出现明显的脆性断裂特征，从边缘至断口中部均以塑性断裂的韧窝形貌为主，这也说明6005-T6铝合金搅拌摩擦焊焊接头应力腐蚀敏感性不明显。

2.2 MIG焊接头应力腐蚀敏感性

MIG焊接头SSRT试验应力-位移曲线如图4所示。与搅拌摩擦焊接头相似，3.5%NaCl溶液中的接头的强度和伸长量均略低于惰性硅油介质中的。

根据 ISSRT=σ3.5%NaCl溶液/σ硅油计算出上、中、下 3 层的应力腐蚀敏感指数如表4所示。MIG焊接头上、中、下3层应力腐蚀敏感指数接近1，接头平均应力腐蚀敏感性指数为0.957，说明各个区域在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀敏感性不明显，接头整体的应力腐蚀敏感性不高。

图4 MIG焊接头SSRT试验应力-位移曲线

表4 应力腐蚀敏感性指数

MIG焊接头上、中、下3层区域SSRT试样断口SEM形貌如图5所示。可以看出，断口边缘位置并未出现明显的脆性断裂特征，断口以塑性断裂的韧窝形貌为主，这也说明6005-T6铝合金MIG焊接头应力腐蚀敏感性不明显。

图5 MIG焊接头上、中、下3层区域SSRT试样断口SEM形貌

3 结论

（1）搅拌摩擦焊接头应力腐蚀敏感指数为0.956，MIG焊接头应力腐蚀敏感指数为0.963，二者均未在3.5%NaCl溶液中表现出应力腐蚀倾向。

（2）两种接头在惰性环境和腐蚀环境中的断口SEM形貌上未发现脆性断裂特征，断口形貌以塑性断裂形成的韧窝为主。

（3）搅拌摩擦焊接头焊缝成分与母材相同，MIG焊采用5系焊丝，大量文献报道表明，5系和6系铝合金均不具有应力腐蚀倾向，本研究的试验结果与文献报道相符。

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