轨道交通用6082-T6铝合金MIG焊接接头组织与疲劳性能

戴丽芳 孔华 孙禄帅 巩全军

摘要：为实现轨道的科学化建造，減少质量问题的出现，越来越多的施工企业通过技术创新等多种举措，对现有施工体系进行升级，旨在实现轨道交通制造体系的升级。文章以轨道铝合金焊接作为研究对象，通过对焊接接头的科学分析以及高效应对，有效应对MIG焊接工艺体系下，铝合金焊接接头的疲劳度，提升结构强度，延长轨道交通铝合金的整体使用寿命。

关键词：轨道交通;铝合金;MIG焊接;疲劳性能

中图分类号：TG407                                       文献标识码：A                                    文章编号：1674-957X（2020）20-0076-02

0  引言

随着城市规模的扩大，人口数量的增加，为有效解决交通拥堵等问题，各地逐步加强公共交通体系建设投入力度，将轨道交通作为建设重点，进行针对性的项目规划施工建设。铝合金作为现阶段轨道交通的主要材质，与传统合金材料相比，其密度小、重量轻、强度高并且加工难度较低，成为城际列车、高铁以及地铁的制造原料。为更好地发挥铝合金在轨道交通加工、制造中的应用，除了需要做好选材等工作之外，还应当采取相关技术手段，形成完备的焊接技术方案，实现铝合金连接强度、耐用性的全面提升。

1  6082-T6铝合金与MIG焊接概述

对轨道交通6082-T6铝合金以及MIG焊接工艺特点的分析，有助于工作人员在思想形成逐步形成正确的观念认知，准确把握材料性能以及MIG焊接参数，对于后续焊接接头组织的分析以及疲劳性评估，创造了便利条件。

1.1 16082-T6铝合金特点

作为现阶段轨道交通的主要合金材料，6082-T6铝合金结构强度较高、可塑性较好、加工难度较低，性状较为稳定。但是在进行日常焊接加工的过程中，6082-T6铝合金在空气等外部环境的作用下，容易发生氧化的情况，生产氧化铝等焊接杂质。氧化铝自身的熔点较高，并且其材料性状较不稳定，在实际过程中，工作人员往往需要耗费大量的时间进行去除，因此现阶段，多数加工企业，往往采用MIG焊接工艺，对6082-T6铝合金进行焊接处理，旨在通过焊接技术手段的提升，来实现对焊接区域杂质等科学应对与有效处理[1]。从相关研究结构公布的数据来看，6082-T6铝合金的线性膨胀系数较大，约为碳素钢的两倍以上，因此在焊接的高温环境下，6082-T6铝合金形变量往往较大，形变量的增加，会诱发焊接接头区域出现裂缝，影响6082-T6铝合金焊接接头区域的结构强度。

1.2 MIG焊接特点

MIG焊接作为现阶段一种成熟、高效的焊接手段，将氩气作为焊接电弧的主要作用介质，通依托氩气的惰性，实现了对焊接母材高温环境下，金属熔滴、焊接熔池以及焊接区高温金属的科学、高效应对，是目前完备高效的焊接技术。同时MIG焊接工艺在实践过程中，所使用的焊接耗材整体成本偏低，因此在实际机械生产、加工的过程中，有着更强的实用性。但是技术人员在焊接过程中，必须清楚地认识到MIG焊接使用的氩气作为介质，尽管氩气作为惰性气体，性状极为稳定，绝大多数情况下，不会与焊接母材等相关材料发生化学反应，但是在焊接过程中，仍需要技术人员做好焊接母材、焊接焊丝的表面清洁工作，避免焊接母材表面区域出现油污、铁锈等，以免影响最终的焊接效果[2]。在实际焊接过程中，借助于直流CV焊接电源或者脉冲焊接带能源，涉及到的技术、材质等较为成熟，并且焊接效果稳定可靠的推拉式焊枪，对焊接母材进行处理。与传统的焊接技术相比，MIG焊接工艺可以实现对所有类型金属的焊接，尤其适合对铝合金、铜合金以及不锈钢等金属的焊接处理，在整个焊接过程中，基本上不会产生氧化铝等残渣，焊接效果较好。为更好地开展铝合金MIG焊接工作，有效规避焊接过程中焊接质量风险，相关企业以及工作人员需要积极转变观念认知，创新技术方法，采取更为积极主动的策略，对铝合金MIG焊搭过程中搭头区域进行有效处理，通过这种方式，实现对焊接区域的有效处理，避免焊接质量问题的出现，为后续加工制造活动的开展奠定坚实基础。

2  6082-T6铝合金MIG焊接接头组织分析

对于6082-T6铝合金MIG焊接接头组织的分析，无疑能够较好地把握焊接区域的基础参数，对于焊接接头的处理提供针对性的引导，增强MIG焊接接头的处理能力，从而将焊接接头应力以及形变量控制在合理的范围之内，确保6082-T6铝合金的焊接成效。

2.1 6082-T6铝合金MIG焊接接头组织分析的准备工作

为实现6082-T6铝合金MIG焊接接头组织特性的科学分析，工作人员在研究活动开展之初，需要设定相应的研究场景，准备必要的研究材料，通过这种方式，为后续研究活动的开展奠定坚实基础，实现量化分析。在这一思路的指导下，选择现阶段轨道交通常用的厚度为16毫米的6082-T6铝合金作为主要研究对象，并根据MIG焊接工艺的主要参数，对焊接焊丝的型号等进行提前的筛选，通过这种方式，确保研究活动的有效性[3]。在为完成上述准备工作之后，还需要对焊接母材的屈服强度、抗拉强度以及断后伸长率等进行测评，并进行记录。焊接过程中，需要对焊接区域进行清洁，避免焊接区域出现油污等，影响焊接成效，并且使用纯度为99.9%的氩气作为焊接保护气体，根据相关要求，对MIG的焊接参数进行必要的调节控制。焊接区域的形状如图1所示。

在根据相关焊接参数要求，完成焊接操作后，需要通過线切割加工法对焊接接头区域进行取样处理，取样工作完成之后，借助于铣床等设备，对焊接接头区域进行加工处理，在加工处理的过程中，要尽可能地消除打磨处理环节在焊接接头表面出现的缺陷，铣床处理加工完成后，还需要根据实际情况，选择不同型号的砂纸，对接头区域继续进行打磨处理。通过这种处理方式，实现对6082-T6铝合金MIG焊接接头区域真实状态的全面反应，为后续焊接接头组织分析以及疲劳性评估创造了便利条件。

2.2 相关观测仪器的合理化使用

6082-T6铝合金MIG焊接接头组织分析过程中，需要借助于相应的仪器设备，对接头组织进行显微分析，通过对观测仪器的合理化使用，实现对焊接接头组织真实情况的全面反馈。在焊接接头组织分析的过程中，需要注重做好，焊接接头区域焊接晶体性状以及结构强度的分析。目前对于晶体结构的检测主要采用光电显微镜，通过显微镜进行细致的观察，而对于焊接接头的结构强度，则主要采用通过显微硬度测试这种检测方法进行[4]。例如使用光电显微镜，对焊接接头区域的组织形态进行细致观察，根据观察结果，实现对焊接组织状态的分析。通过对研究材料的显微观察，可以发现，在经过MIG焊接工艺的焊接处理后，6082-T6铝合金焊接接头区域的边缘位置出现了柱状晶体，痕接缝隙的位置则出现了树枝状晶体，所有晶体均表现出连生结晶的特点。在对这些晶体进行硬度检测后课可以发现，焊接接头区域的晶体结构强度明显低于6082-T6铝合金的母材，并且在焊接接头的中心11毫米的半径内，硬度最低。

3  6082-T6铝合金MIG焊接接头疲劳性分析

对于6082-T6铝合金MIG焊接接头疲劳性的分析，使得工作人员能够较好地掌握接头受力特性，实现其服务性能、耐久度的科学评估，对于焊接接头的维护提供了基础参数，避免了焊接接头处理的盲目性。

3.1 6082-T6铝合金MIG焊接接头疲劳性分析准备工作

对于6082-T6铝合金MIG焊接接头疲劳性的分析，仍旧可以沿用6082-T6铝合金MIG焊接接头组织分析的研究方法，对研究样品、焊接参数等进行合理的管控，通过这种方式，为焊接接头疲劳性的分析评估营造出良好的外部环境。在完成研究条件的塑造之后，需要有针对性地进行疲劳性分析的相关准备工作，具体来看，使用硬度测试法，按照HX-100型维氏硬度的测定标准，持续对6082-T6铝合金焊接接头区域进行外力的施加，外力的大小为100N，时间保持在15秒，在完成外力施加后，需要使用超深景显微镜，对焊接接头区域的进行观察，并记录观察结果[5]。观察工作完成之后，使用一定的具有腐蚀性的试剂，对6082-T6铝合金的焊接接头进行腐蚀处理，腐蚀的时间长度为40秒，在腐蚀处理完成之后，使用X射线对焊接接头区域进行结构分析，通过外力的施加以及腐蚀条件的营造，打造出一个成熟的6082-T6铝合金MIG焊接接头的疲劳性性分析场景，最大程度地保证了疲劳性分析的准确性以及有效性。

3.2 6082-T6铝合金MIG焊接接头疲劳性分析方法

6082-T6铝合金MIG焊接接头疲劳性的分析，要求在完成研究场景的塑造之后，借助于数学模型，对疲劳性研究过程中，产生的各类数据进行汇总、分析，通过量化手段，真实反映出焊接接头的疲劳情况，旨在为6082-T6铝合金MIG焊接接头的维护与管理提供参考。在实际的疲劳性分析过程中，可以使用幂函数模型，通过S-N曲线的形式，将疲劳性进行完整的图形化呈现。通过这种方式，不仅能够掌握6082-T6铝合金MIG焊接接头的疲劳性变化特性，还能够在很大程度上，明确不同影响因素与疲劳性之间的关系。例如，通过S-N曲线，可以发现，当6082-T6铝合金的使用寿命周期为3年时，其极限疲劳往往为130Mpa，在MIG焊接工艺下，相关疲劳极限条件下，焊接接头的使用寿命仅为2.4年，因此可以发现，MIG焊接工艺的使用，在一定程度上，会影响焊接区域的性能，造成使用年限的降低，疲劳性的增加。从微观角度来看，疲劳性的出现与6082-T6铝合金MIG焊接过程中出现的裂纹数量以及气孔密度有着密切的联系，当裂纹数量较少、气孔密度较小时，6082-T6铝合金的疲劳性较低，使用寿命较长，当裂纹数量较多、气孔密度较大时，6082-T6铝合金的疲劳性较强，使用寿命较短。这种关联性的存在，要求相关企业在使用MIG焊接工艺，对6082-T6铝合金进行处理的过程中，需要认真控制焊接接头区域的裂纹以及气孔，以此来保证焊接接头的结构强度以及抗疲劳性，延长使用寿命。

4  结语

MIG焊接工艺作为轨道交通6082-T6铝合金的主要处理手段，其能够在保障铝合金物理性质不变的情况下，保证焊接成效，避免焊接接头出现氧化铝等杂质，造成结构强度以及耐久性的下降。文章从疲劳性以及接头组织分析入手，对焊接接头区域的主要参数进行全面掌握，帮助工作人员更好地掌握6082-T6铝合金焊接接头的实际情况，为焊接工艺的升级、接头疲劳度的调控创造便利条件。

参考文献：

[1]曲凌云，吴振华，刘娟娟.不同MIG焊方法对6082-T6铝合金焊接接头力学性能的影响[J].焊接技术，2018（1）：96-97.

[2]何兆坤，胡云瑞，马琳.基于超射流过渡的7N01-T5铝合金MIG焊接头组织和力学性能研究[J].热加工工艺，2018（10）：52-53.

[3]金礼，徐敏，薛家祥.热输入对铝合金上脉冲MIG焊接头性能的影响[J].焊接学报，2018（1）：102-103.

[4]周曙君，吴友发.异种钢LMHW与MIG焊接头力学性能对比分析[J].焊接学报，2019（4）：87-88.

[5]佘亚东，刁广运，汪殿龙.7N01铝合金多层多道MIG焊接头的组织和成分研究[J].热加工工艺，2019（4）：97-98.