6061-T6鋁合金FSW焊縫性能研究

1、6061-T6鋁合金FSW焊縫性能研究目錄一、背景介紹二、工藝過程三、焊縫性能分析四、焊縫失效原因五、解決方案一、背景介紹攪拌摩擦焊（FSW）攪拌摩擦焊是一種固態(tài)連接技術(shù)。攪拌針逐漸插入待焊工件中,攪拌頭與軸肩與待焊工件由于摩擦剪切阻力產(chǎn)生一定的摩擦熱,這個摩擦熱使待焊工件鄰近區(qū)域金屬微粒達到熱塑性狀態(tài),然后再隨著攪拌頭向前的移動,由于攪拌頭對熱塑性狀態(tài)的金屬微粒的攪拌作用,前進側(cè)金屬微粒隨著攪拌頭一起旋轉(zhuǎn)流入返回側(cè),并沉積下來，返回側(cè)金屬微粒不隨攪拌頭一起流動,在流動金屬與母材的擠壓作用下進入前進側(cè),實現(xiàn)待焊工件的固相連接。一、背景介紹鋁合金焊接性:1、焊接變形2、焊接裂紋問題 3、焊接接頭

2、軟化4、氣孔 與傳統(tǒng)熔化焊接方法相比，攪拌摩擦焊具有接頭宏觀形貌良好、焊后殘余應力和變形較小、焊縫性能良好；焊接時無煙塵、無輻射；焊接過程中不需焊絲填充、不需氣體保護，比較節(jié)省成本，最大程度上緩解了因熱輸入過大導致的鋁合金焊接接頭發(fā)生的“軟化”及裂紋、氣孔等嚴重缺陷，因此攪拌摩擦焊特別適合于鋁合金的連接。一、背景介紹6061-T6鋁合金攪拌摩擦焊 6061-T6鋁合金為Al-Mg-Si系熱處理可強化鋁合金,具有中等強度、良好的塑韌性、良好的耐蝕性、可焊性和擠壓性能好等優(yōu)點,廣泛用于要求有一定強度和抗腐蝕性高的各種工業(yè)結(jié)構(gòu)件,在鐵道車輛方面,主要用于制造車體側(cè)墻和壁板以及對焊接性能要求較高的零部

3、件,因此需要用攪拌摩擦焊來提高其焊接接頭的性能。6061-T6鋁合金化學成分（Wt%）6061-T6鋁合金力學性能一、背景介紹時效原理：鋁合金剛淬火后，強度與硬度并不立即升高，至于塑性非但沒有下降，反而有所上升。但這種淬火后的合金，放置一段時間（如46晝夜后），強度和硬度會顯著提高，而塑性則明顯降低。淬火后鋁合金的強度、硬度隨時間增長而顯著提高的現(xiàn)象，稱為時效。時效可以在常溫下發(fā)生，稱自然時效，也可以在高于室溫的某一溫度范圍（如100200）內(nèi)發(fā)生，稱人工時效。一、背景介紹時效原理：合金元素在鋁中有較大固溶度且隨溫度降低急劇減小,通過在水中淬火,可以得到過飽和鋁基固溶體時效強化是通過第二相的沉

4、淀析出來實現(xiàn)的。Mg2Si相是Al-Mg-Si系合金的主要強化相,它的尺寸和形狀對合金性能影響很大。在淬火時，由于冷卻快，這些空位來不及移出，便被“固定”在晶體內(nèi)。這些在過飽和固溶體內(nèi)的空位大多與溶質(zhì)原子結(jié)合在一起。由于過飽和固溶體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，必然向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變，空位的存在，加速了溶質(zhì)原子的擴散速度，因而加速了溶質(zhì)原子的偏聚。一、背景介紹鋁合金根據(jù)主要合金元素的不同可以分成8個系別，其中只有1系、2系、6系、7系可以通過熱處理方式來進行強化。對于可熱處理的鋁合金則有自然時效和人工時效兩種方式，根據(jù)時效方式和效果的不同又分成了7個等級，用T1T7表示，其中T4和T6最為常見。鋁合金T6處理是

5、固溶處理加人工時效處理，不同成分的鋁合金只要熱處理是固溶處理加人工時效處理就可以稱為T6處理，表明其熱處理狀態(tài)。鋁合金鑄件T6熱處理工藝程序：加熱-保溫-淬火-時效。二、工藝過程材料及設備試樣材料：6061-T6鋁合金（T6-固溶熱處理后進行人工時效的狀態(tài)）試樣尺寸：300*150*6mm設備：大型懸臂式數(shù)控攪拌摩擦焊設備攪拌頭尺寸：軸肩直徑18mm,攪拌針直徑4mm,長度5.75mm,傾斜角度為2，攪拌頭采用螺紋結(jié)構(gòu)。二、工藝過程具體步驟1、將鋁合金進行清洗去除表面的油污，進行裝夾2、設置攪拌針轉(zhuǎn)速、焊速及下壓量等參數(shù)，進行焊接3、在焊好的試件上切片，制備試樣4、觀察金相組織及測試力學性能三

6、、焊縫性能檢測 焊縫截面金相組織a）母材 b）焊核區(qū) c）熱機械影響區(qū) d）熱影響區(qū)abcd三、焊縫性能檢測拉伸性能 當FSW 接頭受拉伸載荷時，接頭的斷裂位置多數(shù)出現(xiàn)在后退側(cè)熱影響區(qū)，如圖所示，而不是出現(xiàn)在焊核區(qū)。FSW焊后試樣拉伸測試斷口形貌三、焊縫性能檢測顯微硬度測試四、原因分析1、殘余應力的存在2、強化相的溶解四、原因分析1、殘余應力根本原因:焊接過程的加熱和冷卻受到周圍冷金屬的拘束，不能自由膨脹和收縮?？v向殘余應力x的分布四、原因分析殘余應力對焊件的影響1、對焊件強度的影響。如果存在過大的焊接殘余應力,則將使焊件的靜載強度降低當焊件受到循環(huán)應力作用,如果焊接殘余應力存在于應力集中處,

7、則將使焊件的疲勞強度降低。2、對焊件剛度的影響。如果焊接殘余應力與焊件所受外載應力相疊加,則可能導焊件局部應力超過屈服極限,出現(xiàn)局部塑性變形,降低焊件的剛度。4、對耐腐蝕性的影響?？赡軙霈F(xiàn)疲勞腐蝕開裂。四、原因分析2、強化相溶解熱影響區(qū):溫度不足以使沉淀相溶解，沉淀相發(fā)生粗化。熱機械影響區(qū)：溫度達到固溶溫度，部分沉淀相粗化，部分溶解，在后續(xù)的冷卻過程中有少量細小沉淀析出中心焊核區(qū)：沉淀相完全溶解， 冷卻過程中，沉淀相優(yōu)先在位錯和晶界處析出，分布不均勻五、解決方案焊縫后續(xù)熱處理 一 350370保溫30到120min 去應力退火 二 固溶處理 ：加熱到490505， 然后水冷。 三 時效 ： 1自然時效 室溫放置96h，2人工時效185195保溫 612小時，