在軌道列車的高速運行過程中，車體中的焊接接縫可能發生疲勞破壞
軌道列車車體結構件的疲勞斷裂，是焊接結構失效的一種主要形式
攪拌摩擦焊(Friction stir welding, FSW)，是鋁合金列車車體制造中最受關注的焊接技術
由于其熱輸入低，熱變形小、殘余應力低，特別適合列車車體這種大型框架結構的精密焊接
目前，國內外已將FSW技術用于制造高速列車的車體
FSW是一種固相焊接技術，焊縫區的組織具有細化的鍛造態組織，接頭的力學性能尤其是疲勞性能優于熔化焊接的接頭[1,2,3]
但是，影響鋁合金焊接接頭疲勞性能的因素很多，包括接頭的表面質量、焊縫區的微觀組織、殘余應力以及第二相粒子等
尤其是FSW焊縫中的特殊“S”線(包括根部殘留氧化膜部分)組織，雖然對接頭的靜態力學性能影響不大，但是顯著影響接頭的動態疲勞性能，使疲勞性能明顯降低[4,5]
Zhou等[4]的研究結果表明，“S”線使5083和2024的FSW接頭的疲勞性能分別降低35%和55%，且疲勞斷裂時優先在根部“S”線處開裂
“S”線的形貌和存在形態，與焊接過程中材料的流動行為密切相關[6]
Sato等[7]的研究證實，形成“S”線的原因是攪拌針的劇烈攪動使母材(Base Material, BM)對接面的氧化膜破碎而隨材料流動并重新分布
在鋁合金FSW前對工件對接面進行機械打磨處理可去除原始的氧化膜，但是鋁在空氣中極易氧化生成致密的氧化膜薄層
因此，即使焊前進行機械打磨，焊核區(Nugget Zone, NZ)的“S”線仍然存在[8]
制造列車的材料多為長直的板材或型材，機械打磨的工作量非常大
同時，人工處理不僅費時費力且難以統一標準，還給焊接制造帶來不確定性
因此，在鋁合金FSW前只進行簡單的表面除油污處理而不進行機械打磨，可節約成本、提高生產效率
在高速列車車體的制造過程中高速度焊接可提高生產效率，但是使FSW過程中材料的流動性降低，不利于氧化膜的破碎，使“S”線更為明顯
鑒于此，本文對制造高速列車車體用的6082鋁合金實行1000 mm/min的高速度FSW，焊前對BM分別進行不機械打磨和機械打磨兩種處理，研究兩種FSW接頭的疲勞斷裂行為
1 實驗方法
實驗用材料為6082-T6鋁合金，尺寸為1000 mm×200 mm×6 mm，其主要化學成分(質量分數, %)列于表1
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聲明：
“氧化膜對6082鋁合金攪拌摩擦焊接頭疲勞性能的影響” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：張欣盟,何廣忠,王貝貝,楊超,薛鵬,倪丁瑞,馬宗義
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2025年07月09日 ~ 11日 
