铝合金5083焊接接头的腐蚀疲劳性能分析

摘要：本文以5083O铝合金MIG焊接接头为研究对象，利用焊缝成形好的焊接接头进行了腐蚀疲劳试验；结合金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）对焊接接头进行了初步分析。

关键词： 5083铝合金；MIG焊接接头；腐蚀疲劳

中图分类号：TG 403

随着铝合金焊接结构在轨道交通以及航天航空、船舶上的大量应用，铝合金焊接结构的各种性能越来越受到重视，特别是铝合金焊接接头的腐蚀疲劳性能[1]。5083铝合金材料作为不可热处理强化的防锈铝合金，已经大量被运用到各个行业，5083的MIG焊接接头的腐蚀疲劳性能非常有必要。

本文采用了ER5356铝合金作为焊丝，利用MIG焊对5083O铝合金板材进行焊接，对焊接件进行了腐蚀疲劳试验，通过金相电镜以及扫描电镜，对铝合金5083O焊接接头的腐蚀疲劳性能进行了研究分析。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

試验用材料为5083O态铝合金板材，试验材料厚度4mm。焊接材料选用5356铝合金焊丝，标准试验所用铝合金材料化学成分满足标准GB/T31902208要求。

1.2 焊接工艺

焊接试验采用手工MIG焊接方法。焊接接头采用对接焊缝，由于焊接板厚较薄，试件不开坡口，进行I型焊接，焊接时两件焊接间隙调整为1.01.4mm，为了保证焊接件的平面度，焊接件焊接时需要使用工装夹具固定。

1.3 试验方法及设备

选取成型良好的焊接接头，根据GB/T30752008制成标准矩形截面疲劳试件，将试件使用3%NaOH浸泡过的湿棉布包裹后在MST810疲劳试验机上进行试验，应力比R=0，频率为8HZ，试验温度25oC，棉布一直湿润；对断裂后的焊接接头使用XJP2型金相显微镜观察金相组织结构；使用PhilipsSEM515型场发射扫描电镜观察了焊接件断形貌。

2 试验结果与分析

2.1 腐蚀疲劳试验结果

图1为断裂后的焊接接头试样，断裂位置位于焊缝区，稍向融合区偏移。从疲劳数据中可以得出，接头腐蚀疲劳寿命随着应力幅值的增大而减小，当应力幅值降低到60Mpa时，腐蚀疲劳寿命达到105，需要得到此焊接接头105寿命时的腐蚀疲劳强度还需要进一步试验，不同应力幅值下疲劳寿命未见突变，说明此焊接接头腐蚀疲劳性能比较稳定。

2.2 腐蚀疲劳接头金相显微结构

图2可见，基材区、热影响区、熔合区和焊缝区的形貌各有不同，断裂位置处于焊缝区，此区域发现呈无规则分布的气孔，气孔周围成锯齿状，有明显的腐蚀痕迹，断裂位置附近有其他裂纹，说明焊缝区域在断裂之前已经有多处裂纹萌生。在热影响区未发现腐蚀疲劳裂纹，仅发现微小的腐蚀凹坑，由于焊接热输入的影响降低了铝合金5083的抗腐蚀性能。基体区域基本上没发现腐蚀痕迹和疲劳裂纹，铝合金5083具有优异的抗腐蚀性。

2.3 腐蚀疲劳接头扫描电镜观察

图3可见整个断口中很少见有韧窝，存在大量棱台，断口表现为脆性断裂；裂纹大多萌生于表面或者近表面，这是因为由于焊接接头焊缝区存在粗大晶粒以及焊接气孔缺陷，这些缺陷或者应力集中点成为腐蚀的起始源，逐渐形成点蚀并在交变应力的作用下萌生疲劳裂纹。腐蚀疲劳裂纹扩展属于阳极溶解机制控制[2]，阳极溶解能降低原子间结合力以及断裂应力，使腐蚀疲劳断口表现出现脆性特征。

3 结论

（1）5083O铝合金的焊接接头疲劳断裂位置在焊缝区域，腐蚀疲劳寿命为105时疲劳强度为60Mpa，不同应力幅值下疲劳寿命未见突变，说明此焊接接头腐蚀疲劳性能比较稳定。

（2）5083铝合金焊接接头基材区、热影响区、熔合区和焊缝区的形貌各有不同，试件断裂位置位于焊缝区偏向融合区，在试验件表面发现微裂纹以及微小凹坑，可能是腐蚀凹坑。

参考文献：

[1]刘静安，谢水生.铝合金材料的应用与技术开发[M].北京：冶金工业出版社，2004.

[2]张正贵.铝合金连接件腐蚀疲劳性能的研究.东北大学硕士论文，2000，6366.

作者简介：林庆琳（1983），男，汉族，山东青岛人，硕士，轨道车辆方向。