作者：郑晓敏
A14.6 Zn-l. 2Mg铝合金属于可热处理强化合金，该合金具有良好的热变形性能，淬火温度范围较宽，在适当的热处理条件下能够得到较高的强度、优良的焊接性能和耐蚀性能，属于中强可焊铝合金，已被广泛用于高速列车的车体上，且主要以焊接的形式使用。焊接裂纹是一种不允许的缺陷，因此，焊接裂纹倾向性试验常成为首要的焊接性试验项目。鱼骨状裂纹试验主要适用于评定铝合金、镁合金和钛合金的板焊缝及热影响区的热裂纹敏感性，沟槽深度越大，表示拘束度越小，裂纹敏感性越小。
通过鱼骨状试件焊接裂纹实验法研究Al-4.6Zn-l. 2Mg合金板材的焊接热裂纹倾向性，对于这种中强可焊变形铝合金的应用具有重要的意义。
1 试验材料及方法
本试验采用50%本合金废料+铝锭(纯度99. 7%)和高纯铝锭（纯度99. 97%）为原料，同时降低Mn、Cr微量元素的含量，合金经过配料、熔炼、半连续铸造，制备出300 mm厚铸锭，再经450℃24 h均匀化处理、铣面后热轧成4 mm厚板材，板材编号分别为1#和2#。试验合金板材化学成分实测值见表1。
本试验采用Φ1.2 mm的E5356铝合金焊丝，分别针对固溶淬火后的1#板材和2#板材进行脉冲MIG焊接试验，每种板材焊接5件，并按图1尺寸加工成鱼骨状裂纹试件。焊前用丙酮清洁试板表面的油污，并用打磨工具清除其表面氧化膜。焊接工艺参数为：焊接电流200 A- 240 A，电压22 V-26 V，焊接速度500 mm/min，氩气流量15 L/min - 25 11min。焊后通过测量和统计焊缝裂纹长度来评价合金的焊接裂纹敏感性，检查方法为目测。
金相样品经机械研磨、抛光后用10 mL HCl+5mL HF+5 mL HN03 +380 mL H20腐蚀剂进行浸蚀，并利用蔡司显微镜进行金相组织观察；采用带有DX-4型能谱仪的EVO MAIO型扫描电镜进行组织与能谱分析。
2 试验结果与分析
2.1 板材焊接热裂纹敏感性分析
将1#板材和2#板材进行了鱼骨状裂纹试验，试验结果见表2，热裂试验样品形貌如图2所示。
从试验结果可以看出，2#板材与焊丝匹配良好，且未出现裂纹；而1#板材焊后出现了10 mm平均长度的裂纹。这说明2#板材的抗热裂敏感性明显优于1#板材的抗热裂敏感性。
2.2 焊缝及热影响区组织分析
为了防止在目视检测中遗漏可能存在的裂纹，针对板材初始焊接端10 mm处进行组织观察，如果焊接材料的焊接裂纹倾向性大，则易于在此处产生裂纹。图3为1#板材和2#板材焊接后的焊缝及热影响区金相组织。从图3中可以观察到焊后1#板材心部的热影响区内出现了明显的沿晶液化裂纹，长度在0.5 mm左右；而2#板材焊缝及热影响区内未发现液化裂纹产生。
针对1#板材焊接后的液化裂纹进行了SEM分析（见图4所示），发现裂纹从焊接熔合线开始，沿着轧制变形方向沿晶开裂发展；并经能谱分析发现，裂纹中还含有Al-Fe-Mn-Si及Al-Cr-Mn块状析出相，这说明Mn、Cr微量元素及Fe、Si杂质元素含量对板材的焊接热裂纹敏感性有较大的影响。
2.3 焊接前板材组织分析
由于该合金焊接件裂纹出现在板材心部的热影响区内，板材的组织也是影响焊接性能的关键。因此针对焊接前的l#板材和2#板材心部进行了金相组织观察。由板材断面金相组织（图5）可见，1#板材中沿轧制方向晶界上存在不连续的、大小不一的析出相，而2#板材的组织中析出相数量明显减少，且尺寸相对较小。由于板材的制备工艺相同，说明Mn、Cr微量元素及Fe、Si杂质元素含量的不同对析出相的析出形态及数量有很大影响。
同时，就1#板材和2#板材中的组织进行了扫描电镜组织观察及析出相的能谱分析（如图6），结果发现，1#板材组织中主要是由a( Al)、长条状的Al-Fe-Mn-Si相、大块带尖角的Al-Cr-Mn-V相组成；由于Fe、Si、Mn、Cr元素含量的降低，使得2#板材组织中主要是由a( Al)和小块的Al-Fe-Mn相组成（如图6e、f所示），而其他微量元素主要以固溶的形式存在于基体中。
另外，在1#板材的组织中还发现了长度大约为0.5 mm的微裂纹（见图7），裂纹中夹杂有块状析出物，尺寸在20μm -40μm之间。
在Al-4.6 Zn-l.2Mg合金中，由于一定量Fe、Si、Mn、Cr元素的添加，在熔铸过程中晶界区发生了元素偏析，形成了大块硬质化合物聚集缺陷，在后续的轧制加工过程中难以破碎而残留下来，而这些析出相由于不规则并带有尖角，与基体结合较为薄弱，甚至导致合金变形后与基体产生应变差异而产生微裂纹。在焊接过程中，如果该裂纹在焊缝处，因母材重熔凝固后而弥合；如果存在于焊接热影响区，在焊接热循环峰值温度作用下，在焊缝和母材近缝区金属中，由于晶间层金属及低熔点析出相被重新加热熔化，而难熔相在一定的收缩应力作用下，易与晶界分离导致液化裂纹产生，特别是有微裂纹存在的地方更易发生。液化裂纹中发现的硬质难熔块状Al-Fe-Mn-Si及Al-Cr-Mn析出相（如图4）也证明了这一点。
3 结论
1)随着Mn、Cr微量元素和Fe、Si杂质元素含量的降低，板材中的析出相尺寸减小、数量明显减少，同时焊接热裂纹敏感性降低。
2)大块含Mn或Cr等析出相的存在，是影响Al-4. 62n-1. 2Mg合金板材焊后组织中液化裂纹产生的主要原因。
4摘要：采用MJC焊对Al-4. 62n-l. 2Mg合金板材进行鱼骨状裂纹试验，通过目测、金相组织观察、SEM组织分析及EDS分析等方法，研究了不同含量添加元素对Al-Zn-Mg合金板材热裂纹倾向性的影响。结果表明，随着Mn、Cr微量元素和Fe、Si杂质元素含量的降低，板材中的析出相尺寸变小、数量减少，同时焊接热裂纹敏感性降低。
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