吳海旭，楊 麗，李洪林，石 玲，屈玉石

（遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼陽111003）

0 前言

中國軌道客運(yùn)交通正處于集中投資、集中建設(shè)、高速持續(xù)發(fā)展時(shí)期，無論是建設(shè)規(guī)模、發(fā)展速度、技術(shù)含量之高、舒適性之好、速度之快，在世界軌道交通發(fā)展與建設(shè)史上都是絕無僅有的[1]。隨著高速列車的快速發(fā)展，其高速性、輕量化以及對(duì)列車舒適性和安全性的要求使得其車體型材的截面尺寸和形狀復(fù)雜性進(jìn)一步增加，呈現(xiàn)出大規(guī)格復(fù)雜截面形狀特點(diǎn)[2]。其目前生產(chǎn)工藝主要采用的是組合模擠壓，亦稱焊合擠壓法。組合模擠壓模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將模芯置于模孔中與模子組合成一個(gè)整體，?？椎男螤詈统叽鐩Q定了型材的外形和尺寸，而模芯的形狀和尺寸決定著型材內(nèi)孔的形狀和尺寸[3]。在焊合擠壓過程中，鋁料經(jīng)過模具分流后在模具焊合室重新焊合后流出模具成型。如果外觀模具和工藝設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)纫蛩兀瑫?huì)使合金在擠壓成型后的焊縫部位易出現(xiàn)焊合不良，嚴(yán)重影響型材的力學(xué)性能[4]。

本文結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)大規(guī)格復(fù)雜截面鋁型材擠壓焊縫的破壞性折斷檢測方法和金相檢測方法進(jìn)行了總結(jié)分析，以期為從事鋁及鋁合金加工產(chǎn)品相關(guān)檢測的人員提供參考。

1 擠壓焊縫形成及影響因素

模具的設(shè)計(jì)與制造是生產(chǎn)具有多個(gè)模芯的大規(guī)格復(fù)雜截面空心鋁型材的關(guān)鍵因素[5]，而分流組合模是生產(chǎn)大規(guī)格復(fù)雜截面空心型材的主要模具形式。使用分流組合模生產(chǎn)大規(guī)格復(fù)雜截面空心鋁型材的簡述工藝過程為：（1）將坯料放入擠壓筒中；（2）在填充擠壓和擠壓過程中，在擠壓桿通過擠壓墊片所傳遞的壓力作用下，坯料被模子的模橋分成幾股金屬流，流入焊合室；（3）這些金屬流在高溫高壓高真空的條件下在焊合室內(nèi)被重新焊合；（4）焊合后經(jīng)?？着c模芯（工頭）形成的縫隙之間流出而形成所需要形狀和尺寸的空心制品。

擠壓焊縫即形成于上述擠壓過程，鋁型材制品的焊縫數(shù)量與金屬流的股數(shù)相同。分流孔的大小、數(shù)量和形狀以及分布位置、焊合腔的形狀和尺寸、模芯的結(jié)構(gòu)等對(duì)制品的焊縫組織和力學(xué)性能方面起著決定性作用[6]。

圖1為常見的分流組合模形式，而圖2、圖3分別為采用分流組合模生產(chǎn)的某大規(guī)格復(fù)雜截面鋁型材截面及擠壓焊合縫位置示意圖。

圖1分流組合模常見形式

圖2某型號(hào)大規(guī)格復(fù)雜截面鋁型材

圖3某型號(hào)大規(guī)格復(fù)雜截面鋁型材擠壓焊縫位置

2 擠壓焊縫的質(zhì)量檢測

采用分流組合模（焊合擠壓法）生產(chǎn)的大規(guī)格復(fù)雜截面鋁型材是我國軌道交通與公路貨運(yùn)行業(yè)輕量化快速發(fā)展的重要材料基礎(chǔ)，擠壓焊縫焊合質(zhì)量是否良好，對(duì)鋁合金型材的力學(xué)性能甚至交通運(yùn)輸車輛的運(yùn)行安全都有著至關(guān)重要的影響。因此，為確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，筆者認(rèn)為，日常檢測分析工作中，最好采用金相檢測和破壞性檢測方法相結(jié)合的方式進(jìn)行。

金相檢測一般以低倍組織檢測為主，輔以顯微組織檢測，我國的參考標(biāo)準(zhǔn)分別為GB/T 3246.2-2012和GB/T 3246.1-2012。破壞性檢測我國的參考標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 32790-2016，對(duì)于大規(guī)格復(fù)雜截面鋁合金擠壓型材，通常采用其中的折斷法。折斷法檢測結(jié)果及其評(píng)定方法，主要是根據(jù)擠壓焊縫是否斷裂和斷口分析進(jìn)行判定。

2.1 金相檢測

2.1.1 低倍組織檢測

我國GB/T3246.2-2012低倍組織檢驗(yàn)方法規(guī)定：用舌形模或分流組合模擠壓的制品，其焊合區(qū)出現(xiàn)連續(xù)或斷續(xù)的黑色縫隙，稱焊合不良。如出現(xiàn)白色或暗色細(xì)道，未破壞內(nèi)部組織連續(xù)性，應(yīng)屬于正常組織。實(shí)際生產(chǎn)中，擠壓焊縫的低倍組織特征如表1所示[7]。

表1擠壓焊縫低倍組織特征

2.1.2 顯微組織檢測

對(duì)于擠壓焊縫質(zhì)量檢測而言，顯微組織檢測有時(shí)用于輔助低倍檢測。圖4、圖5分別為某型號(hào)6005A鋁合金型材擠壓焊縫顯微組織檢測結(jié)果。其中，圖4為焊合不良、圖5為焊合良好。

圖4 6005A型材焊縫顯微圖（焊合不良）

圖5 6005A型材焊縫顯微圖（焊合良好）

2.2 破壞性折斷檢測

2.2.1 檢測方法

擠壓焊縫破壞性折斷檢測的原理是對(duì)鋁型材試樣擠壓焊縫進(jìn)行連續(xù)彎曲加載，直至達(dá)到試樣最大變形量或發(fā)生斷裂。

試樣折斷后，根據(jù)斷裂位置和焊縫斷口評(píng)定是否焊合良好。圖6為折斷試驗(yàn)裝置[8]。

圖6折斷試驗(yàn)裝置示意圖

2.2.2 檢測結(jié)果評(píng)定

首先必須確定試樣的斷裂位置，既確認(rèn)是否在擠壓焊縫處斷裂。如果試樣未沿著擠壓焊縫斷裂或在擠壓焊縫附近區(qū)域斷裂，即擠壓焊縫未斷裂，則可判定為焊合良好。如果試樣沿?cái)D壓焊縫斷裂（或斷面即為擠壓焊縫），則需根據(jù)擠壓焊縫斷口判定是否焊合良好。若擠壓焊縫斷口呈凸凹纖維狀特征，即延性斷裂，可判定為焊合良好；若擠壓焊縫斷口呈平齊狀特征，即脆性斷裂，可判定為焊合不良。

圖7為焊合不良的擠壓焊縫典型斷口模型。圖8、圖9為擠壓焊縫折斷試樣斷口實(shí)物圖，其中圖8為焊合不良、圖9為焊合良好。

圖7焊合不良的擠壓焊縫典型斷口模型

圖8擠壓焊縫焊合不良試樣

圖9兩種擠壓焊縫焊合良好試樣

從圖中可以看出，圖8試樣擠壓焊縫斷口完全為脆性斷裂II區(qū)特征，呈平齊狀斷口，判定為焊合不良。圖9試樣擠壓焊縫斷口呈延性斷裂III區(qū)特征，判定為焊合良好。

3 結(jié)論

（1）大規(guī)格復(fù)雜截面鋁型材擠壓焊縫的質(zhì)量檢測，可以采用金相檢測和破壞性檢測兩種方法相結(jié)合進(jìn)行。

（2）金相檢測以低倍檢測為主，輔以顯微組織檢測，破壞性檢測一般采用折斷方法。

（3）擠壓焊縫折斷檢測及其評(píng)定方法，主要是根據(jù)焊縫是否斷裂及其斷口分析進(jìn)行判定。