軌道交通用6082-T6鋁合金MIG焊接接頭組織與疲勞性能

戴麗芳 孔華 孫祿帥 鞏全軍

摘要：為實現軌道的科學化建造，減少質量問題的出現，越來越多的施工企業通過技術創新等多種舉措，對現有施工體系進行升級，旨在實現軌道交通制造體系的升級。文章以軌道鋁合金焊接作為研究對象，通過對焊接接頭的科學分析以及高效應對，有效應對MIG焊接工藝體系下，鋁合金焊接接頭的疲勞度，提升結構強度，延長軌道交通鋁合金的整體使用壽命。

關鍵詞：軌道交通;鋁合金;MIG焊接;疲勞性能

中圖分類號：TG407? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）20-0076-02

0? 引言

隨著城市規模的擴大，人口數量的增加，為有效解決交通擁堵等問題，各地逐步加強公共交通體系建設投入力度，將軌道交通作為建設重點，進行針對性的項目規劃施工建設。鋁合金作為現階段軌道交通的主要材質，與傳統合金材料相比，其密度小、重量輕、強度高并且加工難度較低，成為城際列車、高鐵以及地鐵的制造原料。為更好地發揮鋁合金在軌道交通加工、制造中的應用，除了需要做好選材等工作之外，還應當采取相關技術手段，形成完備的焊接技術方案，實現鋁合金連接強度、耐用性的全面提升。

1? 6082-T6鋁合金與MIG焊接概述

對軌道交通6082-T6鋁合金以及MIG焊接工藝特點的分析，有助于工作人員在思想形成逐步形成正確的觀念認知，準確把握材料性能以及MIG焊接參數，對于后續焊接接頭組織的分析以及疲勞性評估，創造了便利條件。

1.1 16082-T6鋁合金特點

作為現階段軌道交通的主要合金材料，6082-T6鋁合金結構強度較高、可塑性較好、加工難度較低，性狀較為穩定。但是在進行日常焊接加工的過程中，6082-T6鋁合金在空氣等外部環境的作用下，容易發生氧化的情況，生產氧化鋁等焊接雜質。氧化鋁自身的熔點較高，并且其材料性狀較不穩定，在實際過程中，工作人員往往需要耗費大量的時間進行去除，因此現階段，多數加工企業，往往采用MIG焊接工藝，對6082-T6鋁合金進行焊接處理，旨在通過焊接技術手段的提升，來實現對焊接區域雜質等科學應對與有效處理[1]。從相關研究結構公布的數據來看，6082-T6鋁合金的線性膨脹系數較大，約為碳素鋼的兩倍以上，因此在焊接的高溫環境下，6082-T6鋁合金形變量往往較大，形變量的增加，會誘發焊接接頭區域出現裂縫，影響6082-T6鋁合金焊接接頭區域的結構強度。

1.2 MIG焊接特點

MIG焊接作為現階段一種成熟、高效的焊接手段，將氬氣作為焊接電弧的主要作用介質，通依托氬氣的惰性，實現了對焊接母材高溫環境下，金屬熔滴、焊接熔池以及焊接區高溫金屬的科學、高效應對，是目前完備高效的焊接技術。同時MIG焊接工藝在實踐過程中，所使用的焊接耗材整體成本偏低，因此在實際機械生產、加工的過程中，有著更強的實用性。但是技術人員在焊接過程中，必須清楚地認識到MIG焊接使用的氬氣作為介質，盡管氬氣作為惰性氣體，性狀極為穩定，絕大多數情況下，不會與焊接母材等相關材料發生化學反應，但是在焊接過程中，仍需要技術人員做好焊接母材、焊接焊絲的表面清潔工作，避免焊接母材表面區域出現油污、鐵銹等，以免影響最終的焊接效果[2]。在實際焊接過程中，借助于直流CV焊接電源或者脈沖焊接帶能源，涉及到的技術、材質等較為成熟，并且焊接效果穩定可靠的推拉式焊槍，對焊接母材進行處理。與傳統的焊接技術相比，MIG焊接工藝可以實現對所有類型金屬的焊接，尤其適合對鋁合金、銅合金以及不銹鋼等金屬的焊接處理，在整個焊接過程中，基本上不會產生氧化鋁等殘渣，焊接效果較好。為更好地開展鋁合金MIG焊接工作，有效規避焊接過程中焊接質量風險，相關企業以及工作人員需要積極轉變觀念認知，創新技術方法，采取更為積極主動的策略，對鋁合金MIG焊搭過程中搭頭區域進行有效處理，通過這種方式，實現對焊接區域的有效處理，避免焊接質量問題的出現，為后續加工制造活動的開展奠定堅實基礎。

2? 6082-T6鋁合金MIG焊接接頭組織分析

對于6082-T6鋁合金MIG焊接接頭組織的分析，無疑能夠較好地把握焊接區域的基礎參數，對于焊接接頭的處理提供針對性的引導，增強MIG焊接接頭的處理能力，從而將焊接接頭應力以及形變量控制在合理的范圍之內，確保6082-T6鋁合金的焊接成效。

2.1 6082-T6鋁合金MIG焊接接頭組織分析的準備工作

為實現6082-T6鋁合金MIG焊接接頭組織特性的科學分析，工作人員在研究活動開展之初，需要設定相應的研究場景，準備必要的研究材料，通過這種方式，為后續研究活動的開展奠定堅實基礎，實現量化分析。在這一思路的指導下，選擇現階段軌道交通常用的厚度為16毫米的6082-T6鋁合金作為主要研究對象，并根據MIG焊接工藝的主要參數，對焊接焊絲的型號等進行提前的篩選，通過這種方式，確保研究活動的有效性[3]。在為完成上述準備工作之后，還需要對焊接母材的屈服強度、抗拉強度以及斷后伸長率等進行測評，并進行記錄。焊接過程中，需要對焊接區域進行清潔，避免焊接區域出現油污等，影響焊接成效，并且使用純度為99.9%的氬氣作為焊接保護氣體，根據相關要求，對MIG的焊接參數進行必要的調節控制。焊接區域的形狀如圖1所示。

在根據相關焊接參數要求，完成焊接操作后，需要通過線切割加工法對焊接接頭區域進行取樣處理，取樣工作完成之后，借助于銑床等設備，對焊接接頭區域進行加工處理，在加工處理的過程中，要盡可能地消除打磨處理環節在焊接接頭表面出現的缺陷，銑床處理加工完成后，還需要根據實際情況，選擇不同型號的砂紙，對接頭區域繼續進行打磨處理。通過這種處理方式，實現對6082-T6鋁合金MIG焊接接頭區域真實狀態的全面反應，為后續焊接接頭組織分析以及疲勞性評估創造了便利條件。

2.2 相關觀測儀器的合理化使用

6082-T6鋁合金MIG焊接接頭組織分析過程中，需要借助于相應的儀器設備，對接頭組織進行顯微分析，通過對觀測儀器的合理化使用，實現對焊接接頭組織真實情況的全面反饋。在焊接接頭組織分析的過程中，需要注重做好，焊接接頭區域焊接晶體性狀以及結構強度的分析。目前對于晶體結構的檢測主要采用光電顯微鏡，通過顯微鏡進行細致的觀察，而對于焊接接頭的結構強度，則主要采用通過顯微硬度測試這種檢測方法進行[4]。例如使用光電顯微鏡，對焊接接頭區域的組織形態進行細致觀察，根據觀察結果，實現對焊接組織狀態的分析。通過對研究材料的顯微觀察，可以發現，在經過MIG焊接工藝的焊接處理后，6082-T6鋁合金焊接接頭區域的邊緣位置出現了柱狀晶體，痕接縫隙的位置則出現了樹枝狀晶體，所有晶體均表現出連生結晶的特點。在對這些晶體進行硬度檢測后課可以發現，焊接接頭區域的晶體結構強度明顯低于6082-T6鋁合金的母材，并且在焊接接頭的中心11毫米的半徑內，硬度最低。

3? 6082-T6鋁合金MIG焊接接頭疲勞性分析

對于6082-T6鋁合金MIG焊接接頭疲勞性的分析，使得工作人員能夠較好地掌握接頭受力特性，實現其服務性能、耐久度的科學評估，對于焊接接頭的維護提供了基礎參數，避免了焊接接頭處理的盲目性。

3.1 6082-T6鋁合金MIG焊接接頭疲勞性分析準備工作

對于6082-T6鋁合金MIG焊接接頭疲勞性的分析，仍舊可以沿用6082-T6鋁合金MIG焊接接頭組織分析的研究方法，對研究樣品、焊接參數等進行合理的管控，通過這種方式，為焊接接頭疲勞性的分析評估營造出良好的外部環境。在完成研究條件的塑造之后，需要有針對性地進行疲勞性分析的相關準備工作，具體來看，使用硬度測試法，按照HX-100型維氏硬度的測定標準，持續對6082-T6鋁合金焊接接頭區域進行外力的施加，外力的大小為100N，時間保持在15秒，在完成外力施加后，需要使用超深景顯微鏡，對焊接接頭區域的進行觀察，并記錄觀察結果[5]。觀察工作完成之后，使用一定的具有腐蝕性的試劑，對6082-T6鋁合金的焊接接頭進行腐蝕處理，腐蝕的時間長度為40秒，在腐蝕處理完成之后，使用X射線對焊接接頭區域進行結構分析，通過外力的施加以及腐蝕條件的營造，打造出一個成熟的6082-T6鋁合金MIG焊接接頭的疲勞性性分析場景，最大程度地保證了疲勞性分析的準確性以及有效性。

3.2 6082-T6鋁合金MIG焊接接頭疲勞性分析方法

6082-T6鋁合金MIG焊接接頭疲勞性的分析，要求在完成研究場景的塑造之后，借助于數學模型，對疲勞性研究過程中，產生的各類數據進行匯總、分析，通過量化手段，真實反映出焊接接頭的疲勞情況，旨在為6082-T6鋁合金MIG焊接接頭的維護與管理提供參考。在實際的疲勞性分析過程中，可以使用冪函數模型，通過S-N曲線的形式，將疲勞性進行完整的圖形化呈現。通過這種方式，不僅能夠掌握6082-T6鋁合金MIG焊接接頭的疲勞性變化特性，還能夠在很大程度上，明確不同影響因素與疲勞性之間的關系。例如，通過S-N曲線，可以發現，當6082-T6鋁合金的使用壽命周期為3年時，其極限疲勞往往為130Mpa，在MIG焊接工藝下，相關疲勞極限條件下，焊接接頭的使用壽命僅為2.4年，因此可以發現，MIG焊接工藝的使用，在一定程度上，會影響焊接區域的性能，造成使用年限的降低，疲勞性的增加。從微觀角度來看，疲勞性的出現與6082-T6鋁合金MIG焊接過程中出現的裂紋數量以及氣孔密度有著密切的聯系，當裂紋數量較少、氣孔密度較小時，6082-T6鋁合金的疲勞性較低，使用壽命較長，當裂紋數量較多、氣孔密度較大時，6082-T6鋁合金的疲勞性較強，使用壽命較短。這種關聯性的存在，要求相關企業在使用MIG焊接工藝，對6082-T6鋁合金進行處理的過程中，需要認真控制焊接接頭區域的裂紋以及氣孔，以此來保證焊接接頭的結構強度以及抗疲勞性，延長使用壽命。

4? 結語

MIG焊接工藝作為軌道交通6082-T6鋁合金的主要處理手段，其能夠在保障鋁合金物理性質不變的情況下，保證焊接成效，避免焊接接頭出現氧化鋁等雜質，造成結構強度以及耐久性的下降。文章從疲勞性以及接頭組織分析入手，對焊接接頭區域的主要參數進行全面掌握，幫助工作人員更好地掌握6082-T6鋁合金焊接接頭的實際情況，為焊接工藝的升級、接頭疲勞度的調控創造便利條件。

參考文獻：

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