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焊后热处理对6061铝合金焊接接头微观组织与力学性能的影响

  6061铝合金是一种可热处理强化的铝镁硅系锻铝,广泛应用于汽车、船舶、铁道车辆结构件,但其焊接接头存在比较严重的软化问题,强度明显降低。因此,本文对6061铝合金焊接接头软化产生的原因进行分析,提出采用固溶+人工时效热处理提高焊接接头的强度,获得了优质的6061铝合金焊接接头。

  实验用母材为6061-T4(固溶+自然时效)铝合金板材,尺寸为200mm×100mm×8mm;焊丝选用ER5356,直径为2.0mm。母材机械加工60°V形坡口,清理焊缝及附近污染物,然后用丙酮擦洗,再用清水冲净;用不锈钢丝或刮刀等工具清理氧化膜。采用MIG焊,焊接参数见表1。采用直流反接,环境温度24℃,喷嘴距焊接试件12~22mm,试件不预热。层间清理用不锈钢丝打磨,层间温度不低于200℃。焊后,焊缝无咬边、表面气孔、裂纹、烧穿、焊瘤、弧坑等缺陷,经无损检测为I级,合格。焊接试件的热处理方案是:525℃×25min固溶处理+160℃×18h时效,空冷。

焊层数

焊接电流

/A

焊接电压

/V

焊接速度

/(m·h-1)

焊接直径

/mm

气体流量

/(L·min-1)

2

220~280

21~24

20~25

2

12~18

 

  焊接热循环导致6061铝合金焊接接头热影响区不同程度的软化,根据焊接温度的分布,热影响区可分为淬火区和过时效区。过时效区是在热影响区内离焊缝较远的部位,热循环作用的温度超过了原有的时效处理温度,但又未达到固溶温度,则强化相Mg2Si从母相分离出来,并聚集长大,导致合金强度及硬度明显降低,即发生“过时效”软化。淬火区是在热影响区内离焊缝较近的部位,热循环作用的温度相对较高,Mg、Si原子溶入基体金属中形成固溶体,发生了固溶强化,与过时效软化区相比,淬火区的强度及硬度相对要高一些。焊态下6061铝合金焊接接头存在的主要问题是热影响区的软化,软化区的宽度及位置与工艺参数有关。焊接电流越高,或线能量越大,软化区宽度越宽,软化区距焊缝中心的位置越远。焊后525℃×25min固溶处理+160℃×18h时效处理可使6061铝合金焊接接头各区域的强度及硬度得到不同程度提高,特别是焊接接头热影响区的软化现象基本消除,焊接接头力学性能良好。