AlMg/6082 异种铝合金脉冲 MIG 焊缝微观组织特征和力学性能

引言

铝合金是汽车轻量化的理想材料，分为铸造铝合金（如 AlMg、AlSi）和变形铝合金（如 6082）。由于车身结构复杂，需对铝型材与铸件进行异种焊接。激光焊设备昂贵，搅拌摩擦焊速度受限，MIG 焊在复杂结构中更具优势。本研究采用脉冲 MIG 焊连接 6082-T6 与 AlMg 铸铝，分析接头组织与性能，为异种铝合金焊接质量提升提供依据。

1 实验

1.1 实验材料

- 母材：6082-T6 铝合金型材（2 mm）、AlMg 铸铝

- 焊丝：ER5356，直径 1.2 mm

- 化学成分与力学性能略（见原表1、表2）

1.2 实验方法

- 设备：Fronius TPS500i 焊机 + FANUC-M10iA 机器人

- 工艺参数：电流 110–150 A，电压 18.1–20.4 V，焊接速度 40–80 cm/min，Ar 保护

- 试板处理：酒精除油，钢丝刷去氧化膜

- 温度监测：K型热电偶 + NI 9216 记录热循环

- 组织观察：蔡司金相显微镜，腐蚀液 5% HBF₄

- 硬度测试：维氏硬度计，载荷 9.8 N，间隔 0.5 mm

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

- 断口观察：EVO MA10 扫描电镜

2 结果与分析

2.1 力学性能

- 拉伸断裂位于 AlMg 母材，最大载荷 3 235 N（母材 3 785 N 的 85.5%），伸长率 8.2%（高于母材 5.8%），焊接系数 0.8

- 弯曲结果：正弯 640 N/15 mm 时开裂；背弯 850 N/30 mm 未裂；母材 6082-T6 未裂，AlMg 开裂

- 焊缝存在少量气孔，背弯性能优于正弯

2.2 硬度分布

- 6082-T6 侧：母材 105 HV；距焊缝 8 mm 处 71 HV（下降 32%）；2–6 mm 为固溶淬火区，7–8 mm 为过时效区

- AlMg 侧：母材 83 HV； 77 HV（下降 7%），热影响区窄，软化不明显

- 远离焊缝硬度回升至母材水平

2.3 显微组织

- AlMg 母材：等轴晶，7 μm

- 6082 母材：纤维状挤压组织

- AlMg 热影响区：晶粒长大至 10 μm（+42.8%）

- 6082 热影响区：纤维状晶粒，因高热导率晶粒更细

- 焊缝：等轴晶铸态组织，80 μm；熔合线清晰，6082 侧呈柱状晶外延生长

2.4 微区析出相演变（TEM）

- 6082 母材：高密度细小 β″相

- 过时效区：β″相减少，β′相粗大，硬度下降

- 固溶淬火区：β″溶解，低密度 β′/β 相

- 熔合区：析出相溶解，形成高密度球形 GP 区，硬度回升

2.5 拉伸断口形貌

- AlMg 母材断口：细小等轴韧窝（4 μm），韧性断裂

- AlMg 热影响区：韧窝更大（6 μm），韧性良好，先断裂于母材

3 结论

1. 接头承载 85.5% AlMg 母材，伸长率 8.2%，焊接系数 0.8，性能良好；但正弯因气孔开裂。

2. AlMg 侧热影响区硬度下降 7%，无明显软化；6082 侧下降 32%，因 β″→β′相变。

3. AlMg 晶粒由 7 μm 长大至 10 μm；焊缝为 80 μm 等轴晶；6082 侧为纤维状晶粒。

4. 断裂发生在 AlMg 母材，断口韧窝特征明显，整体韧性优异。