CN108445055A - 一种快速测定Al-Mg-Si系合金焊接接头软化区域的办法 - Google Patents

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李福泉
冯时
王雷
田宇
朱云皓
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Abstract

一种快速测定Al‑Mg‑Si系合金焊接接头软化区域的办法。本发明涉及一种焊接接头性能的评价方法，具体是一种快速测定Al‑Mg‑Si系合金焊接接头软化区域的办法。本发明目的是为了解决现有方法中对铝合金接头软化测定的不准确，软化位置无法准确认定的问题。方法：基于研磨、抛光、腐蚀和清理等处理办法，利用电化学反应的原理，在接头的软化区产生清晰分明的黑色腐蚀范围，并根据黑色腐蚀的颜色深度及范围来判断接头软化情况的方法。本发明用于快速测定Al‑Mg‑Si系合金焊接接头软化区域。

Description

一种快速测定Al-Mg-Si系合金焊接接头软化区域的办法
技术领域
本发明涉及一种焊接接头性能的评价方法，具体是一种快速测定Al-Mg-Si系合金焊接接头软化区域的办法。
背景技术
Al-Mg-Si系铝合金以Mg和Si为主要添加元素，是一种典型的可热处理强化铝合金，由于其具有优良的力学性能、高耐腐蚀性以及良好的焊接性，广泛地应用于高速列车、城市地铁等轨道交通车体部位。大量的文献研究表明Al-Mg-Si时效强化铝合金在受到热影响的时候会产生一系列强化相的析出：(SSS)→(Mg+Si)聚集簇/GP(I)盘状/球状→β＂/GP(II)针状→β＇棒状→β盘状的过渡情况。其中SSS(supersaturated solid solution)指过饱和固溶体，β＂相指Mg5Si6相，β＇相指Mg9Si5相，β相指Mg2Si相。
在Al-Mg-Si铝合金的焊接过程中，在距离焊缝一定宽度的范围内受到430℃至560℃温度区间的较长时间的热影响，会导致强化相β＇相(Mg9Si5)溶解。这个的区域即成为焊接接头最薄弱的区域。
现有的对于焊接接头的软化程度的衡量都普遍采用硬度测试的方法，即通过一定尺寸的压头在金属表面施加一定的压力，同时保压一段时间(5s～60s不等)，在金属表面造成破坏，形成一定形状的压痕(打点)，通过测量压痕的尺寸，来计算金属的硬度。通过在一定的范围内进行多次打点测取硬度取平均值，来衡量该区域的硬度。
例如维氏硬度的测量，即使用120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用载荷值除以材料压痕凹坑的表面积，即为维氏硬度值(HV)，再通过公式计算结果来衡量，此种通过压痕的方式来衡量金属软化现象的方法存在着缺陷，首先对于压痕的测量需要人眼在显微镜下对压痕的边缘进行识别，不同的人对于同一压痕的测量结果可能有很大的偏差，这会导致其对接头硬度的判断产生不同。其次由于Al-Mg-Si系合金焊接软化的区域存在的范围很小，而硬度测试中为了避免前一个压痕产生的加工硬化对后一个压痕产生影响，通常对两个压痕点之间的距离有较远的要求，这就使得硬度测试无法准确地测定焊接接头软化的具体边界位置。
发明内容
本发明是为了解决现有方法中对铝合金接头软化测定的不准确，软化位置无法准确认定的问题，而提供一种快速测定Al-Mg-Si系合金焊接接头软化区域的办法。
本发明一种快速测定Al-Mg-Si系合金焊接接头软化区域的办法按以下步骤进行：
一、依次采用60#、120#、600#、1500#和3000#水砂砂纸对Al-Mg-Si系合金进行研磨，研磨至Al-Mg-Si系合金表面划痕方向一致，得到研磨后的金属；
二、采用金丝绒抛光布对研磨后的金属进行抛光，抛光至无明显划痕，得到抛光后的金属；
三、使用凯乐试剂对抛光后的金属的表面进行腐蚀，然后采用清水冲洗3～5次，再采用酒精冲洗3～5次，将酒精冲洗后的金属竖直放置，采用吹风机从上至下将酒精冲洗后的金属表面吹干，可观察到在Al-Mg-Si系合金焊接接头附近腐蚀出黑色区域，此区域即为接头软化区。
本发明的有益效果：
本发明利用电化学反应的原理，在接头的软化区产生清晰分明的黑色腐蚀范围，并根据黑色腐蚀的颜色深度及范围来判断接头软化情况的方法。与现有的硬度测量来比，极大地节省了测定的时间，并且更精确地确定了软化区的范围以及区域不同的软化程度。现有的维氏硬度等测量方法需要在测定过程中多次压入金属以确定软化范围，单次压入金属的过程还包括保压的时间，压头升降的时间及其与显微镜转换的时间，效率较低；并且在完成加压过程后需要采用人工观察测量的手段进行硬度评估，精度较差，使用不便；现有的硬度测量方法操作要求对相邻两个压痕之间的距离有明确要求，无法做到无间隙覆盖整个待测表面，对于软化区的范围界定较模糊；现有方法对于所测金属的外形也有较大要求，一般需要被测面在放置时需平行于载物台，这增加了前期材料加工的工序。
本发明对于各种形状的Al-Mg-Si系合金均有很好的适用性，使用过程中只需将其中待测的部位研磨抛光。操作过程中腐蚀的时间短暂，腐蚀的区域呈现面状分布，一次测定的范围可达整个待测区域，与现有的硬度测量的点状分布相比，效率有了极大地提升。测定过程中无需人工进行测量，避免了测量误差。测定区域的识别度很高，根据软化情况的不同分为不同深度的黑色分布，能够很好地识别软化区范围。
附图说明
图1为实施例一中6082-T6铝合金焊接接头金相图，其中1为接头软化区；
图2为实施例一中6082-T6铝合金的拉伸试验断口照片；
图3为焊接接头显微硬度曲线图；其中A表示软化区，FZ表示焊接熔池区，HAZ表示焊接热影响区，BM表示母材。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种快速测定Al-Mg-Si系合金焊接接头软化区域的办法按以下步骤进行：
一、依次采用60#、120#、600#、1500#和3000#水砂砂纸对Al-Mg-Si系合金进行研磨，研磨至Al-Mg-Si系合金表面划痕方向一致，得到研磨后的金属；
二、采用金丝绒抛光布对研磨后的金属进行抛光，抛光至无明显划痕，得到抛光后的金属；
三、使用凯乐试剂对抛光后的金属的表面进行腐蚀，然后采用清水冲洗3～5次，再采用酒精冲洗3～5次，将酒精冲洗后的金属竖直放置，采用吹风机从上至下将酒精冲洗后的金属表面吹干，可观察到在Al-Mg-Si系合金焊接接头附近腐蚀出黑色区域，此区域即为接头软化区。
软化区的存在即表明在Al-Mg-Si系合金焊接接头附近发生了强化相的溶解，导致该处的拉伸力学性能下降，屈服强度及抗拉强度均下降。在焊接结构的实际使用过程中，软化区存在的范围是最容易发生破坏的位置之一，所以确定软化区的位置对于实际的工程应用中具有很大的意义。
本发明利用的原理基于凯乐试剂与Al-Mg-Si系合金中不同金属的电化学反应。主要元素Al、Mg、Si相比，Mg元素的化学性质最活泼，当其从β＇相(Mg9Si5)中大量溶解析出后，极易与凯乐试剂中的H+发生氧化还原反应，即：Mg+2H+→Mg2++H2反应后，即在β＇相(Mg9Si5)溶解的软化区产生了黑色的痕迹。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述研磨的方式为十字交叉。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述Al-Mg-Si系合金为牌号为6082的铝合金。其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中所述金丝绒抛光布中使用1.5μm颗粒度的抛光剂。其他步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三中所述凯乐试剂按体积分数由1％的HF、1.5％的HCl、2.5％的HNO3和95％的H2O组成。其他步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤三中所述腐蚀的时间为60s。其他步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
用以下实施例验证本发明的有益效果：
快速测定Al-Mg-Si系合金焊接接头软化区域的办法按以下步骤进行：
一、依次采用60#、120#、600#、1500#和3000#水砂砂纸对6082-T6铝合金进行研磨，研磨至6082-T6铝合金表面划痕方向一致，得到研磨后的金属；
二、采用金丝绒抛光布对研磨后的金属进行抛光，抛光至无明显划痕，得到抛光后的金属；
三、使用凯乐试剂对抛光后的金属的表面进行腐蚀，然后采用清水冲洗3～5次，再采用酒精冲洗3～5次，将酒精冲洗后的金属竖直放置，采用吹风机从上至下将酒精冲洗后的金属表面吹干，可观察到在6082-T6铝合金焊接接头附近腐蚀出黑色区域，此区域即为接头软化区。
图1为实施例一中6082-T6铝合金焊接接头金相图，其中1为接头软化区存在范围为距焊缝中心5.4mm～7.5mm，从图中可以看到其为分布均匀的黑色，软化区的轮廓清晰可辨。
图2为实施例一中6082-T6铝合金的拉伸试验断口照片；从图中可以清楚地看到在断口附近的软化区有明显的黑色腐蚀区域，拉伸实验从该处破坏。
图3为焊接接头显微硬度曲线图；其中A表示软化区，FZ表示焊接熔池区，HAZ表示焊接热影响区，BM表示母材。实验结果显示其软化区存在的范围是从距焊缝中心5.3mm～7.9mm，与图1中的结论相吻合。

Claims (6)

1.一种快速测定Al-Mg-Si系合金焊接接头软化区域的办法，其特征在于快速测定Al-Mg-Si系合金焊接接头软化区域的办法按以下步骤进行：
一、依次采用60#、120#、600#、1500#和3000#水砂砂纸对Al-Mg-Si系合金进行研磨，研磨至Al-Mg-Si系合金表面划痕方向一致，得到研磨后的金属；
二、采用金丝绒抛光布对研磨后的金属进行抛光，抛光至无明显划痕，得到抛光后的金属；
三、使用凯乐试剂对抛光后的金属的表面进行腐蚀，然后采用清水冲洗3～5次，再采用酒精冲洗3～5次，将酒精冲洗后的金属竖直放置，采用吹风机从上至下将酒精冲洗后的金属表面吹干，可观察到在Al-Mg-Si系合金焊接接头附近腐蚀出黑色区域，此区域即为接头软化区。
2.根据权利要求1所述的一种快速测定Al-Mg-Si系合金焊接接头软化区域的办法，其特征在于步骤一中所述研磨的方式为十字交叉。
3.根据权利要求1所述的一种快速测定Al-Mg-Si系合金焊接接头软化区域的办法，其特征在于步骤一中所述Al-Mg-Si系合金为牌号为6082的铝合金。
4.根据权利要求1所述的一种快速测定Al-Mg-Si系合金焊接接头软化区域的办法，其特征在于步骤二中所述金丝绒抛光布中使用1.5μm颗粒度的抛光剂。
5.根据权利要求1所述的一种快速测定Al-Mg-Si系合金焊接接头软化区域的办法，其特征在于步骤三中所述凯乐试剂按体积分数由1％的HF、1.5％的HCl、2.5％的HNO3和95％的H2O组成。
6.根据权利要求1所述的一种快速测定Al-Mg-Si系合金焊接接头软化区域的办法，其特征在于步骤三中所述腐蚀的时间为60s。
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