随着工业化进程的加速和人口的剧增,人们对于各种能源的需求不断增加,能源的大量使用导致的诸如温室效应等一系列环境问题,因此各类交通工具的节能减排成为了各个国家关注的重要方向,使用铝合金代替钢材进行轻量化很有必要。冷金属过渡焊(CMT)是基于熔化极气体保护焊开发的一种适合薄板的无飞溅、低热输入的新型电弧焊接技术。在焊接过程中通过短路过渡时焊丝的回抽和电流的减小实现冷热交替,从而减少热输入。CMT技术适用于多种薄板材料,如钢、铝合金及镁合金等材料的焊接。本文使用CMT焊机对6005A铝合金进行焊接,对焊接接头微观组织、显微硬度、疲劳性能和疲劳裂纹萌生及扩展特征进行了研究,然后着重分析了焊接接头疲劳裂纹萌生及扩展机理,具有一定的理论和实际意义。6005A铝合金CMT焊接接头由母材、热影响区(HAZ)、焊缝区三部分组成。焊缝的宽度约为5mm,热影响区宽度约为10mm。焊缝区为典型的铸态组织,焊缝边缘的晶粒依附熔合区未熔化的母材向内生长,依次生成了胞状晶、胞状树枝晶和等轴晶,这些晶粒在CMT焊接电弧的搅拌作用下无法持续长大;母材中晶粒呈长条状;热影响区中近母材区晶粒形状与母材类似,呈长条状,但靠近焊缝的区域长条状的晶粒在焊缝热作用下发生了粗化,呈块状。母材的主要物相组成是α-Al固溶体、Al Fe Si杂质相。焊缝中主要为α-Al固溶体和Al Fe Si相,Al Fe Si相大多沿晶界析出。在整个焊接接头中硬度最低的区域位于热影响区的软化区,硬度约为40HV,焊缝处硬度约为70HV。6005A铝合金焊接接头的疲劳强度为46MPa,母材的疲劳强度为82MPa。母材的疲劳试样断裂于平行段,裂纹起源于表面机加工缺陷;焊接接头疲劳试样均断裂于焊缝区,焊缝区表面气孔是引起疲劳断裂的主要原因,在循环应力作用下,气孔根部产生了严重的应力集中,同时气孔圆周与试样表面交界处存在细小的缺口,这些缺口可以加剧应力集中。因此气孔周围的峰值应力远远大于试样所受实际应力。焊缝中不同位置气孔处裂纹萌生模式有所不同,在熔合线附近的气孔裂纹多为单侧萌生模式,而在焊缝中心的气孔处裂纹多为双侧萌生模式,熔合线附近的晶粒多为长条状的胞状晶,这些胞状晶有可能横跨过气孔根部区域,圆滑的过度使得气孔根部的应力集中程度远远小于根部缺口处应力集中程度,因此不容易萌生疲劳裂纹;而焊缝中心的组织多为等轴晶,等轴晶尺寸较小,此时气孔两侧根部附近必然存在缺口,因此焊缝中心处的气孔处多为双侧裂纹模式。一般情况下,当循环应力很小时,气孔处依旧会萌生微裂纹,这些裂纹通常只会扩展很小一段距离,但是多个气孔聚集时,不同气孔周围的微裂纹可能会相互连接从而严重降低试样的疲劳性能。焊缝中的Al Fe Si第二相粒子,多呈长条状,少数为不规则的块状。第二相粒子与位错相互作用促使微裂纹的萌生,长条状第二相粒子内部产生微裂纹是位错在第二相粒子附近大量塞积的结果,围绕第二相粒子的微裂纹是位错环大量堆积的结果。疲劳裂纹稳态扩展过程中,在撕裂应力的作用下裂纹尖端不断出现钝化与锐化,从而形成了Z字形裂纹走向;当疲劳式样不再受力时,试样中的微裂纹出现了闭合现象,但闭合不紧密,这是因为疲劳裂纹在扩展过程中会在其周围产生圆柱状的塑性区,塑性区内的材料发生了微小的变形,这使得裂纹在闭合时上下裂纹面出现微小的区别。