1.概述

高速城際動車組車體主結(jié)構(gòu) 選材為鋁合金型材，其中車頂、 側(cè)墻、邊梁屬6000系熱處理強(qiáng)化 Al-Mg-Si合金。長大焊接結(jié)構(gòu)選 用福尼斯Fronius-5000 脈沖MIG 設(shè)備焊接，機(jī)械手焊接最大的優(yōu) 點是持槍結(jié)構(gòu)牢固，焊接過程穩(wěn)定，焊接狀態(tài)一致性容易保證，焊接質(zhì)量好，通過調(diào)節(jié)不同的焊接參數(shù)可以得到不同焊接特性，優(yōu)化焊接性能和成形質(zhì)量。因此在使用脈沖MIG焊時，各參數(shù)之間對接頭性能的影響需進(jìn)一步通過相應(yīng)對比試驗獲得，以焊接產(chǎn)品性能檢驗結(jié)果驗證工藝可行性。本文主要針對不同脈沖頻率下A6N01S-T5鋁合金焊接接頭力學(xué)性能（包括拉伸性能、彎曲性能和硬度性能）對比分析。

2.試驗材料及方法

（1）試驗材料及設(shè)備試驗材料由A6N01S-T5鋁型材加工成 的300mm×150mm×3mm鋁板，焊接沿長度方向進(jìn)行，化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1、表2所示。采用φ1.2mmER5356焊絲，化學(xué)成分如表1所示。采用IGM焊接機(jī)器人焊接。 

（ 2 ）試驗方法選取 （3+3）mm對接接頭為研究對象。焊前坡口及兩側(cè)各30mm范圍內(nèi)，先用丙酮進(jìn)行清洗除去臟污及油脂等有機(jī)物，然后用不銹鋼刷清理表面氧化膜。因MIG焊機(jī)電源特性為平特性，設(shè)計對比試驗中以在相同熱輸入下改變脈沖頻率。實際焊接參數(shù)如表3所示。

3.試驗結(jié)果及分析

（ 1 ）外觀檢測及無損探傷 

①參照標(biāo)準(zhǔn) ISO 17637《焊 縫無損檢測-熔化焊接頭外觀檢 測》，對焊縫進(jìn)行目視檢測，不 同脈沖頻率焊接所獲得的焊縫均 無明顯的咬邊。

②參照標(biāo)準(zhǔn) ISO  17635《焊縫無損檢測-金屬材料 熔化焊一般原則》對焊縫表面及 近表面的焊縫缺陷通過滲透探傷 （PT）進(jìn)行檢測評價，滲透探傷 結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同脈沖頻率的焊縫除了表面存在個別氣孔外，并未發(fā)現(xiàn)有明顯的其他焊接缺陷。

③參照標(biāo)準(zhǔn) ISO 17636《焊縫無損檢測－熔化焊接頭的射線檢測》對于焊縫內(nèi)部缺陷通過X射線探傷（RT）進(jìn)行檢測，檢測發(fā)現(xiàn)不同脈沖頻率所獲得的焊縫內(nèi)部均存在氣孔缺陷，其中局部區(qū)域氣孔數(shù)量較為集中，如表4所示。

（2）焊接接頭截面形貌參照標(biāo)準(zhǔn) ISO 17639《金屬材料焊 縫的破壞性試驗-焊縫宏觀和微 觀檢測》對于焊縫橫斷面進(jìn)行檢 測，檢測發(fā)現(xiàn)所有的焊縫截面都可以發(fā)現(xiàn)氣孔的存在，有些氣孔 存在于焊縫內(nèi)部，有些氣孔分布在焊縫表面或者近表面，其中背 面焊縫的氣孔要多于正面焊縫，如表5所示。 

（3）焊接接頭拉伸性能參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2651－2008 《焊接接 頭拉伸試驗方法》 和GB/T 228－ 2010《金屬材料室溫拉伸試驗方法》測試對接接頭的抗拉強(qiáng)度。母材的抗拉強(qiáng)度為 285MPa，要比焊接接頭高了不少，說明焊接接頭比母材薄弱。脈沖頻率fx=0～5Hz焊接接頭的抗拉強(qiáng)度平均值分別為191MPa、194MPa、181MPa、192MPa、189MPa和187MPa， 其中fx=1Hz的焊接接頭抗拉強(qiáng)度平均值最高，f x=2Hz的最低，相差13MPa。而脈沖頻率fx=0～5Hz的焊接接頭的斷后伸長率平均值分別為12.0%、11.7%、8.9%、11.6%、9.3%和10%，其中fx=0Hz的焊接接頭斷后伸長率平均值最高，fx=2Hz的最低。在焊接接頭的拉伸試驗過程中，基本上所有拉伸試樣的斷裂部位都在焊接接頭的熱影響區(qū)，說明熱影響區(qū)是整個鋁合金焊接接頭最薄弱的部位。

（4）焊接接頭彎曲性能彎曲試驗參照GB/T 2653－2008 《焊接接頭彎曲試驗方法》進(jìn)行取樣與試驗。fx=0Hz、f x=2Hz、fx=4Hz和fx=5Hz的焊接接頭面彎和背彎性能都比較良好，試驗區(qū)域未出現(xiàn)開裂，也未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、裂紋等影響焊接接頭彎曲性能的缺陷。而fx=1Hz和f x=3Hz的焊接接頭均有部分試樣未通過抗彎試樣，試驗過程中出現(xiàn)裂紋甚至斷裂現(xiàn)象，經(jīng)觀察，主要是由于焊縫內(nèi)部存在比較多的焊接氣孔缺陷所導(dǎo)致。

（5）焊接接頭硬度性能不同脈沖頻率焊接接頭的硬度分布 曲線如附圖所示。從圖中可以看出，不同脈沖頻率焊接獲得的焊接接頭的硬度分布趨勢基本相同，都以焊縫為中心兩邊近似對稱分布，隨著遠(yuǎn)離焊縫中心，硬度值呈現(xiàn)先增大后減小，再增高的趨勢。其中焊縫硬度值最低，在60～70HV 之間，這是因為焊縫（W）所用的焊絲為Al-Mg焊絲，硬度較低。母材（B M）的硬度最高， 在100～110HV之間，且分布較為均勻。熱影響區(qū)（HAZ）硬度值先降低后升高，呈現(xiàn)比較大的梯度，硬度值比焊縫要高，分布 在65HV～95HV之間，但低于母材。從圖中還可以發(fā)現(xiàn)在靠近焊縫側(cè)的熱影響區(qū)的硬度出現(xiàn)了最低值，即熱影響區(qū)出現(xiàn)了軟化現(xiàn)象，在距離焊縫中心7～12mm 處，不同脈沖頻率的接頭出現(xiàn)的位置不一致，同一焊接接頭左右兩邊出現(xiàn)的位置也不一定對稱。

4.結(jié)語

本文采用無損探傷、顯微鏡觀察、基本性能試驗等試驗方法，對高速城際動車組用A6N01S-T5鋁合金不同脈沖頻率的焊接接頭進(jìn)行靜力學(xué)性能試驗，得到了以下結(jié)論。 

（1）不同脈沖頻率接頭焊縫無明顯的咬邊、未焊透以及未 熔合等缺陷。X射線無損檢測結(jié) 果顯示所有脈沖頻率焊縫內(nèi)部均 發(fā)現(xiàn)有焊接氣孔缺陷，局部區(qū)域比較密集，數(shù)量較多。

（2）fx=1Hz的焊接接頭抗拉強(qiáng)度平均值最高，fx=2Hz的最低；fx=0Hz的焊接接頭斷后伸長率平均值最高，fx=2Hz的最低；fx=0Hz的強(qiáng)塑積平均值最高，fx=2Hz的最低，fx=0Hz的焊接接頭的綜合強(qiáng)韌水平最好，fx=2Hz的最低；fx=1Hz的焊接接頭強(qiáng)度系數(shù)平均值最高，fx=2Hz的最低。所有拉伸試樣的斷裂部位基本都在熱影響區(qū)，說明熱影響區(qū)是整個鋁合金焊接接頭最薄弱的部位。

（3）fx=0Hz、fx=2Hz、fx=4Hz和fx=5Hz的焊接接頭面彎。