AlMg/6082 異種鋁合金脈沖 MIG 焊縫微觀組織特征和力學性能

引言

鋁合金是汽車輕量化的理想材料，分為鑄造鋁合金（如 AlMg、AlSi）和變形鋁合金（如 6082）。由于車身結構復雜，需對鋁型材與鑄件進行異種焊接。激光焊設備昂貴，攪拌摩擦焊速度受限，MIG 焊在復雜結構中更具優勢。本研究采用脈沖 MIG 焊連接 6082-T6 與 AlMg 鑄鋁，分析接頭組織與性能，為異種鋁合金焊接質量提升提供依據。

1 實驗

1.1 實驗材料

- 母材：6082-T6 鋁合金型材（2 mm）、AlMg 鑄鋁

- 焊絲：ER5356，直徑 1.2 mm

- 化學成分與力學性能略（見原表1、表2）

1.2 實驗方法

- 設備：Fronius TPS500i 焊機 + FANUC-M10iA 機器人

- 工藝參數：電流 110–150 A，電壓 18.1–20.4 V，焊接速度 40–80 cm/min，Ar 保護

- 試板處理：酒精除油，鋼絲刷去氧化膜

- 溫度監測：K型熱電偶 + NI 9216 記錄熱循環

- 組織觀察：蔡司金相顯微鏡，腐蝕液 5% HBF?

- 硬度測試：維氏硬度計，載荷 9.8 N，間隔 0.5 mm

- 拉伸/彎曲：INSTRON 3302，拉伸 5 mm/min，彎曲 10 mm/min，180°彎曲

- 斷口觀察：EVO MA10 掃描電鏡

2 結果與分析

2.1 力學性能

- 拉伸斷裂位于 AlMg 母材，最大載荷 3 235 N（母材 3 785 N 的 85.5%），伸長率 8.2%（高于母材 5.8%），焊接系數 0.8

- 彎曲結果：正彎 640 N/15 mm 時開裂；背彎 850 N/30 mm 未裂；母材 6082-T6 未裂，AlMg 開裂

- 焊縫存在少量氣孔，背彎性能優于正彎

2.2 硬度分布

- 6082-T6 側：母材 105 HV；距焊縫 8 mm 處 71 HV（下降 32%）；2–6 mm 為固溶淬火區，7–8 mm 為過時效區

- AlMg 側：母材 83 HV； 77 HV（下降 7%），熱影響區窄，軟化不明顯

- 遠離焊縫硬度回升至母材水平

2.3 顯微組織

- AlMg 母材：等軸晶，7 μm

- 6082 母材：纖維狀擠壓組織

- AlMg 熱影響區：晶粒長大至 10 μm（+42.8%）

- 6082 熱影響區：纖維狀晶粒，因高熱導率晶粒更細

- 焊縫：等軸晶鑄態組織，80 μm；熔合線清晰，6082 側呈柱狀晶外延生長

2.4 微區析出相演變（TEM）

- 6082 母材：高密度細小 β″相

- 過時效區：β″相減少，β′相粗大，硬度下降

- 固溶淬火區：β″溶解，低密度 β′/β 相

- 熔合區：析出相溶解，形成高密度球形 GP 區，硬度回升

2.5 拉伸斷口形貌

- AlMg 母材斷口：細小等軸韌窩（4 μm），韌性斷裂

- AlMg 熱影響區：韌窩更大（6 μm），韌性良好，先斷裂于母材

3 結論

1. 接頭承載 85.5% AlMg 母材，伸長率 8.2%，焊接系數 0.8，性能良好；但正彎因氣孔開裂。

2. AlMg 側熱影響區硬度下降 7%，無明顯軟化；6082 側下降 32%，因 β″→β′相變。

3. AlMg 晶粒由 7 μm 長大至 10 μm；焊縫為 80 μm 等軸晶；6082 側為纖維狀晶粒。

4. 斷裂發生在 AlMg 母材，斷口韌窩特征明顯，整體韌性優異。