6061-T6 的程序测试中拉伸强度过低？

如何实现 6061-T6 的最低拉伸强度？

大多数焊工在通过 6061-T6 母材的坡口焊的 GMAW（气体金属弧焊）程序资格测试时遇到问题。在这种情况下，焊工发现很难达到焊接规范所要求的最小拉伸强度。样品内似乎没有任何明显的焊接不连续性，并且通过了导向弯曲试验。横向张力测试试样在热影响区而不是焊缝中失效。但是，计算出的拉伸强度低于 AWS（美国焊接协会）“D1.2-97 结构焊接规范 — 铝”部分中表 4.2 的示值。

为什么 6061-T6 的程序测试中拉伸强度过低？

造成这种母材中存在并非重大不连续性但不满足最低抗拉要求的焊缝的最常见原因是，母材在焊接工艺中过度受热。

要搞清楚为什么会出现这个问题，首先要了解 6xxx 系列母材的特性。该系列铝合金是可热处理系列之一，通过热处理过程获得强度。它们通常在 -T6 条件下使用，这表明它们已经过固溶热处理和人工老化。

达到 -T6 条件

加热母材 — -T6 条件是通过将母材加热到约 532℃ (990°F) 的温度实现的。操作中的这一步是将主要合金元素溶解成溶液所必需的。加热过程之后是淬火，通常在水中进行，以捕获合金元素并产生过饱和溶液。在 6xxx 系列合金中，主要的合金元素是镁和硅，它们在热处理过程中结合形成硅化镁。

人工老化 —固溶热处理后，材料被重新加热到较低的温度（约 160℃ [320°F]）并保持在某个温度下达预定时间。第二种热处理称为人工老化，目的是将一部分元素或化合物从过饱和溶液中沉淀出来，以增强材料的机械性能。

热输入如何影响母材的拉伸强度？

当我们考虑用受控热处理来获得 -T6 条件时，由于在焊接之前已经对这些材料进行了受控热处理，所以我们不难理解它们对于以不受控制方式将材料加热到同样温度的电弧焊接工艺的反应。购买的 6061-T6 母材在焊接前的典型拉伸强度为 45 ksi。

AWS D1.2 结构规范已经认识到，由于在电弧焊过程中暴露于高温下，这种母材会发生金相变化，所以，最低拉伸强度定为 24 ksi。该规范规定的最小拉伸强度基于使用各种焊接程序的历史测试。

如果我们将 6061 的完全退火的典型拉伸强度视为 18 ksi，则我们就能理解在电弧焊过程中控制整体热输入的重要性。焊接后，总焊接热输入与焊缝相邻母材（热影响区）的机械性能之间存在直接关联。总热输入越高，预计拉伸强度下降就越低。

如何达到最低拉伸强度要求？

为了满足规范的最低拉伸强度要求，我们需要严格控制我们的焊接程序，以防止母材过热。重要的是考虑以下技巧：

试样大小 —首先，我们必须考虑被焊试样的大小。规范提供了坡口焊缝测试板的最小尺寸。您必须遵守此要求，可行的话，请使用比指定的更大的试样。这将提供一个优越的散热器，降低在热影响区域内某一温度下过热和长时间的可能性。

预热和层间温度 —其次，您必须遵守规范的预热和层间温度要求，对于此类材料，规定 121℃ (250°F) 为最大预热和层间温度。另外，还须遵守温度保持时间要求，即不超过 15 分钟。如果可能，在不预热的情况下或在较低的预热温度下进行认证测试，并在恢复焊接之前让母材冷却到远低于最大层间温度。

焊接速度 — 焊接工艺中的行进速度是影响焊接中总体热输入的主要因素。因此，最好选择利用较快的直线摆动焊道而非较慢的横线摆动焊道的焊接顺序和技巧。

上述建议适用于使用 4xxx 系列或 5xxx 系列填充合金来焊接 6061-T6 母材，无论使用何种保护气体类型或混合物。