焊后熱處理對6061鋁合金焊接接頭微觀組織與力學(xué)性能的影響

6061鋁合金是一種可熱處理強(qiáng)化的鋁鎂硅系鍛鋁，廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、鐵道車輛結(jié)構(gòu)件，但其焊接接頭存在比較嚴(yán)重的軟化問題，強(qiáng)度明顯降低。因此，本文對6061鋁合金焊接接頭軟化產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，提出采用固溶+人工時(shí)效熱處理提高焊接接頭的強(qiáng)度，獲得了優(yōu)質(zhì)的6061鋁合金焊接接頭。實(shí)驗(yàn)用母材為6061-T4(固溶+自然時(shí)效)鋁合金板材，尺寸為200mm×100mm×8mm；焊絲選用ER5356，直徑為2.0mm。母材機(jī)械加工60°V形坡口，清理焊縫及附近污染物，然后用丙酮擦洗，再用清水沖凈；用不銹鋼絲或刮刀等工具清理氧化膜。采用MIG焊，焊接參數(shù)見表1。采用直流反接，環(huán)境溫度24℃，噴嘴距焊接試件12～22mm，試件不預(yù)熱。層間清理用不銹鋼絲打磨，層間溫度不低于200℃。焊后，焊縫無咬邊、表面氣孔、裂紋、燒穿、焊瘤、弧坑等缺陷，經(jīng)無損檢測為I級，合格。焊接試件的熱處理方案是：525℃×25min固溶處理+160℃×18h時(shí)效，空冷。表1 MIG焊接參數(shù)焊層數(shù)焊接電流/A焊接電壓/V焊接速度/(m·h-1)焊接直徑/mm氣體流量/(L·min-1)
2220~28021~2420~25212~18
焊接熱循環(huán)導(dǎo)致6061鋁合金焊接接頭熱影響區(qū)不同程度的軟化，根據(jù)焊接溫度的分布，熱影響區(qū)可分為淬火區(qū)和過時(shí)效區(qū)。過時(shí)效區(qū)是在熱影響區(qū)內(nèi)離焊縫較遠(yuǎn)的部位，熱循環(huán)作用的溫度超過了原有的時(shí)效處理溫度，但又未達(dá)到固溶溫度，則強(qiáng)化相Mg2Si從母相分離出來，并聚集長大，導(dǎo)致合金強(qiáng)度及硬度明顯降低，即發(fā)生“過時(shí)效”軟化。淬火區(qū)是在熱影響區(qū)內(nèi)離焊縫較近的部位，熱循環(huán)作用的溫度相對較高，Mg、Si原子溶入基體金屬中形成固溶體，發(fā)生了固溶強(qiáng)化，與過時(shí)效軟化區(qū)相比，淬火區(qū)的強(qiáng)度及硬度相對要高一些。焊態(tài)下6061鋁合金焊接接頭存在的主要問題是熱影響區(qū)的軟化，軟化區(qū)的寬度及位置與工藝參數(shù)有關(guān)。焊接電流越高，或線能量越大，軟化區(qū)寬度越寬，軟化區(qū)距焊縫中心的位置越遠(yuǎn)。焊后525℃×25min固溶處理+160℃×18h時(shí)效處理可使6061鋁合金焊接接頭各區(qū)域的強(qiáng)度及硬度得到不同程度提高，特別是焊接接頭熱影響區(qū)的軟化現(xiàn)象基本消除，焊接接頭力學(xué)性能良好。