Page 54 - 机械工程材料2024年第十一期

王富义，等：多道焊接热循环对6082-T6铝合金接头热影响区显微组织及力学性能的影响

表1 6082–T6铝合金母材和5087铝合金焊丝的化学成分
Table 1 Chemical composition of 6087–T6 aluminum alloy base metal and 5087 aluminum alloy welding wire
质量分数%
材料
Mg Si Mn Fe Ti Cu Zn Cr Al
母材 0.76 0.87 0.42 0.21 0.08 0.01 0.009 0.001 余
焊丝 4.7 0.05 0.79 0.12 0.08 0.01 0.02 0.09 余

采用IGM型机器人和IGM-K5型焊机在6082- 最后一道焊缝高度为5.45 mm。为了建立并校准热
T6铝合金板表面 （尺寸为350 mm×12 mm）进行双 学仿真模型，采用K型热电偶实时监测第一道焊接
脉冲MIG堆焊，保护气体为纯度 99.999%的氩气， 过程中热影响区（HAZ）不同位置的温度，每个热
流量为 25 L · min − 1 ，焊接电流为 218 A，焊接电压 电偶插入直径1.0 mm、深度2.5 mm的测温孔中，测
为 22.5 V，焊接速度为 65 cm · min − 1 ，脉冲频率为 温孔位置见图 1（a） ，垂直于焊接方向排列，4 个测
3 Hz，能量效率为0.85，初始温度为25 ℃，每道焊接 温孔K 1 ，K 2 ，K 3 ，K 4 距第一道焊接熔合线（如无特别
时间为32.3 s，冷却时间为3 min。多道焊接时均在 说明，后文均简称为熔合线）的距离分别为3，6，9，
原焊缝上进行后续堆焊，1~3道焊缝高度为2 mm， 12 mm。

图 1 测温孔位置、硬度测试点位置示意以及拉伸试样的形状和尺寸
Fig. 1 Schematic of positions of temperature measurement holes (a), hardness test points (b), and shape and size of tensile specimen (c)

考虑到自然时效会对接头的力学性能产生影 采用FEI Tecnai G2 F20场发射透射电镜（TEM）观
响，所有接头在自然环境中放置一个月后进行测 察微观形貌，加速电压为200 kV，观察方向为铝［001］
试 ［13］ 。在距熔合线不同距离处，平行于焊接方向取 方向；统计沿铝［001］ 方向分布的析出相面积以及沿
金相试样，用体积分数2.5%氟硼酸溶液腐蚀后，采 铝［100］ 和铝［010］方向分布的析出相长度分别作
用ZEISS Axiovert 40 MAT型光学显微镜（OM）观 为析出相截面积和长度，每个位置取3个不同视场进
察显微组织，采用截点法统计平均晶粒尺寸。 行统计并取平均值。采用高分辨透射电镜（HRTEM）

垂直于焊接方向取截面试样，用HVS-1000M 观察析出相的原子排列，确定析出相种类。
型硬度计测试显微硬度，载荷为0.1 kN，保载时间
2 焊接温度场模拟方法及结果
为 10 s，测试点位置见图 1（b），距熔合线的距离为
0.5 mm，相同距离处各测 3 点取平均值。在距熔 2.1 模拟方法
合线距离为 1~15 mm范围内，平行于焊接方向分 利用Hypermesh软件对母材和焊缝进行网格划
层截取拉伸试样，其形状和尺寸如图1（c） 所示；在 分，将网格导入Simufact.welding v6.0软件中，并设置
Instron3369型万能试验机上进行室温拉伸试验，拉 焊接工艺参数、热源参数与边界条件，最终建立了等
伸速度为 2 mm · min − 1 ，距熔合线相同距离处均 效焊接热循环的热学仿真模型，通过仿真模型模拟
测3个平行试样取平均值。采用TESCAN MIRA3 了接头热影响区各个位置的峰值温度以及温度历史。
LMU型场发射扫描电镜 （SEM）观察拉伸断口形貌。 焊接模型的网格划分如图2所示，对热影响区的网
在距熔合线10，4，2 mm处取样，采用体积分数 格进行加密处理以提高模型计算精度，采用8节点的
30%的硝酸甲醇溶液对试样进行电解双喷减薄，电 六面体网格单元，远离热影响区的区域网格尺寸为
压为20 V，电流为50 mA，工作温度为（−25±5） ℃， 8 mm，过渡区域网格尺寸为4 mm，热影响区的网格

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