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6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能及断口特征研究

郄新哲;张桂源;宫文彪;陶福君;王佳庆

【摘要】对84mm轨道客车用6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能以及断

口特征进行试验研究.结果表明,搅拌摩擦焊接头疲劳循环次数随施加载荷减小而增

加,当N=107时,疲劳极限值为110MPa,且疲劳断裂主要发生在前进侧热机械影响

区.在预制缺口、相同载荷应力条件下,焊核区疲劳循环次数达7.4万次,断口表现为

沿晶断裂,裂纹由疲劳源向四周扩展,晶粒细化提高了焊核区疲劳寿命;而前进侧热机

械影响区疲劳循环次数最少为2.5万次,裂纹沿晶界向焊核区方向扩展,扩展方式为

沿晶和穿晶混合断裂,晶粒发生弯曲变形以及第二相粒子剥离是接头ATMAZ疲劳

性能下降的主要原因.

【期刊名称】《长春工业大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2017(038)005

【总页数】5页(P496-500)

【关键词】搅拌摩擦焊;6082-T6铝合金;疲劳性能;疲劳断口

【作者】郄新哲;张桂源;宫文彪;陶福君;王佳庆

【作者单位】长春工业大学材料科学与工程学院,吉林长春130012;长春工业大学

材料科学与工程学院,吉林长春130012;长春工业大学材料科学与工程学院,吉林

长春130012;吉林省泰浩轨道客车装备有限公司,吉林长春130507;吉林省泰浩轨

道客车装备有限公司,吉林长春130507

【正文语种】中文

【中图分类】TG456.9

Al-Mg-Si系合金属于可热处理强化型合金，具有中等强度、低密度、较好的耐蚀

性以及良好的焊接性。6082-T6铝合金是轨道客车铝合金车体部件大量应用的材

料[1-3]，铝合金的连接一直是轨道客车制造业关键的技术问题。6082-T6铝合金

采用熔化焊，易产生气孔、裂纹等缺陷，热影响区受热后的软化问题大大降低了接

头性能。搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding，FSW)是通过搅拌头与被焊工件之间

的摩擦，使工件达到塑性状态实现连接的一种固相焊接方法，在铝合金焊接方面

FSW占有独特优势。

疲劳断裂是金属构件失效的一种主要形式，据统计疲劳失效约占零件失效总数的

80%以上，疲劳断裂具有隐蔽性，在工件发生断裂前没有明显的塑性变形，危害

较大。因此，在工业制造、轨道客车、航空航天领域中，焊接接头疲劳断裂性能成

为评价接头质量的重要指标之一[4]。国内外对铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳问题做

了大量研究。如瑞典哥本哈根皇家技术研究所的M.Ericsson[5]对6082-T6搅拌

摩擦焊疲劳性能做了研究，发现搅拌摩擦焊疲劳性能优于MIG和TIG焊接接头。

Moreira[6]等将6082-T6铝合金和6061-T6铝合金搅拌摩擦焊疲劳裂纹扩展与母

材相比，结果表明，搅拌摩擦焊裂纹扩展速率低于母材。徐韦锋[7]对20mm厚

度的2219-T62铝合金FSW接头进行了疲劳试验，研究表明,应变幅小于0.2%时，

疲劳循环应力与塑性变形幅呈水平分布，裂纹产生于试件表面且具有单一性。当应

变幅为0.4%、0.6%和0.8%时，应力幅升高，而塑性应变幅降低，裂纹萌生具有

多源性；陈东高[8]研究了30mm厚搅拌摩擦焊接头疲劳性能，结果表明，由表

层至底部疲劳性能先减后增，沿厚度方向疲劳性能具有不均匀性。

文中试验研究了84mm厚度的6082-T6铝合金接头的微观组织与性能，并比较

研究了焊核区、热机械影响区、热影响区在相同应力状态下，裂纹扩展路径及断口

特征，为轨道客车大厚板部件的FSW生产提供依据。

试验材料为84mm厚度的6082-T4挤压型材，规格为2160mm×327mm×84

mm。其化学成分见表1。

焊接试验在型号为FSW-LM-BH50定龙门式搅拌摩擦焊机上进行，焊接方式为双

面对接。焊前对焊缝两侧100mm范围内的母材表面打磨去除氧化膜，然后固定

在刚性工作台上。焊接参数：搅拌头旋转速度n=450r/min,焊接速度v=90

mm/min。焊后进行180℃×5h的T6处理，然后采用线切割制取疲劳试样。使