摘要：通过力学性能试验及金相组织、断口形貌分析，对铝合金焊缝开裂的原因进行分析并制订出预防措施。试验结果表明：母材质量不稳定，造成部分母材及焊接接头熔合线部位在有腐蚀介质的环境下，出现腐蚀现象，产生腐蚀坑；熔合线处腐蚀坑在拉应力作用下发生裂纹，产生非过载的损伤型断口。提高母材质量后，将接头进行焊后去应力处理，未发生腐蚀现象，未发现接头裂纹.。
一、前言随着我国高铁、动车事业的发展，动车为了达到轻量化，提高动车运行速度，很多结构件采用了铝合金。铝合金为Al-Mg系列非热处理强化铝合金，与焊接填充材料匹配后焊缝裂纹敏感性低于10%，属于非常容易焊接的铝合金。
动车顶部某焊接结构件(材质铝合金)，在动车的入库检修过程中发现某部位焊接接头出现裂纹；在随后的检修过程中，断断续续发现几件同样在此部位开裂的结构件，这些开裂的结构件均是在同一月份内完成制造装车运行的。
二、裂纹分布及扩展路径该焊接接头为环焊缝，裂纹的发生部位均是在圆柱正面一侧焊缝与支管交接的熔合线处，裂纹从熔合线部位开始起裂，沿着支管的横截面进行扩展。而在环焊缝的其它部位均未发现裂纹。见图1。
为了观察裂纹的深度以及确定裂纹初始位置及扩展路径，选取整个环焊缝焊接接头，沿着截面剖开，如图2，可以清楚看出裂纹起源于焊缝的表面熔合线，但未沿焊缝熔合线继续开裂而是沿母材开裂，母材裂穿，并沿母材径向继续开裂，从而可以排除是由焊缝内部缺陷引起的裂纹。
三、焊接工艺及材料圆柱与支管母材均为铝合金.圆柱与支管TIG焊前进行化学清洗，焊接时采用准1.2mm的铝合金焊丝，保护气体为99.99%Ar，电流A.接头型式见图3。
四、试验内容及方法从圆柱、支管母材上取样，进行化学成分分析。从支管母材上截取试样，按ISO-1在WE-液压式万能材料试验机上进行拉伸试验，并对断口形貌进行分析。焊接接头的宏观及微观金相检查按照ISO-3进行。分别用BX51M金相显微镜、JSM-LV扫描电镜对焊接接头组织及断口形貌进行观察分析。
五、试验结果与分析讨论5.1化学成分及力学性能分析
支管、圆柱的化学成分检测结果均满足铝合金标准成分的要求。从支管上截取2件拉伸试样，测试结果见表1。试样1力学性能检查结果合格，试样2力学性能检查结果不合格。
5.2宏观金相分析
将圆柱与支管焊接接头环焊缝沿纵剖面等分成4份，观察4个纵剖面焊接接头情况。环焊缝产生裂纹一侧的情况见图4(a)所示，裂纹由焊缝与支管的表面熔合线处起裂，未沿焊缝熔合线纵向继续开裂，而是沿母材开裂。环焊缝未产生裂纹一侧的情况见图4(b)所示，未发现缺陷。
5.3微观金相分析
环焊缝产生裂纹一侧，在焊缝与支管交接的熔合线上抛光态下可观察到腐蚀形貌，如图5所示，在支管表面也观察到一处腐蚀形貌(图5右上)。
在焊缝侧也观察到腐蚀形貌(图6)，裂纹呈较宽直线状(图5)。侵蚀后的形貌见图7，裂纹起裂部位为焊缝与支管交接的熔合线处的腐蚀坑，起裂后裂纹沿支管横截面基体裂开。
环焊缝未产生裂纹一侧，焊缝与支管交接的熔合线处抛光态下可观察到腐蚀形貌，焊缝侧也观察到严重腐蚀形貌，见图8。侵蚀后形貌见图9。腐蚀位于熔合线处和焊缝表面。
5.4断口分析
母材的拉伸断口形貌如图10，呈韧窝特征。裂纹处断口表面有很厚的腐蚀产物，腐蚀产物中有氧、硫、氯等元素。
将断口清洗后观察，但可观察的新鲜断口很少，断口呈多源断裂特征，已交汇形成台阶，见图11。
六、讨论由以上分析结果可知：①铝合金圆柱、支管化学成分满足要求。②铝合金支管材料力学性能不稳定，No1检查结果合格，No2检查结果不合格，说明母材本身存在质量缺陷。③在使用过程中发生断裂试样的环焊缝四周的熔合线处均已产生腐蚀坑，腐蚀坑主要位于靠近支管的焊缝处。断裂仅在环焊缝受向上拉力一侧的支管上发生，在环焊缝受向压力的对面一侧未发生。④支管母材拉伸试样的断口呈韧性断裂特征，而使用过程中发生断裂试样的断口呈脆性断裂特征。⑤断口表面腐蚀产物很厚，腐蚀产物中有氧、硫、氯等元素。
从上述②、③、④可以得出：断裂与腐蚀坑有关、与拉应力有关、是非过载的损伤型断口。铝合金在拉应力作用下、在有氯离子的潮湿环境中具备发生应力腐蚀开裂的倾向。焊缝熔合线处是截面过渡的地方，也是组织突变的部位，该处组织明显粗大，更容易产生腐蚀。
在金相观察中腐蚀坑出现的位置也主要就在焊缝熔合线处。焊缝熔合线处应力集中，应力腐蚀易在腐蚀坑处起裂，在受拉应力的地方会产生应力腐蚀。断裂的试样裂纹也正是从腐蚀坑处起裂，并仅在环焊缝受拉应力的一侧发生裂透支管横截面的应力腐蚀断裂。该焊接接头的断裂属于应力腐蚀断裂。
七、解决措施结合实际生产和断裂失效因素采取以下解决措施：(1)采购优质合格的原材料，材料化学成分、力学性能均应合格，加强进货检验，保证母材质量。(2)焊缝熔合线处应力集中程度高，焊后采用去应力处理，消除残余应力，避免熔合线处的应力集中。(3)加强焊缝熔合线处的焊接质量，注意熔合线处的平滑过渡，降低熔合线处的应力集中程度。经过以上的改进措施，在随后的焊后检验中，母材及焊缝未发生腐蚀现象，接头无裂纹产生，保证了产品的焊接质量。
八、结语（1）母材本身存在质量缺陷，在腐蚀环境下发生腐蚀现象，产生腐蚀坑。
（2）裂纹发生部位在焊缝熔合线处，熔合线部位存在腐蚀坑，再加上熔合线本身应力集中程度高，该部位在工作状态又承受拉应力，产生应力腐蚀开裂。
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