焊后熱處理對6061鋁合金焊接接頭微觀組織與力學性能的影響

6061鋁合金是一種可熱處理強化的鋁鎂硅系鍛鋁，廣泛應用于汽車、船舶、鐵道車輛結構件，但其焊接接頭存在比較嚴重的軟化問題，強度明顯降低。因此，本文對6061鋁合金焊接接頭軟化產生的原因進行分析，提出采用固溶+人工時效熱處理提高焊接接頭的強度，獲得了優質的6061鋁合金焊接接頭。實驗用母材為6061-T4(固溶+自然時效)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，焊接參數見表1。采用直流反接，環境溫度24℃，噴嘴距焊接試件12～22mm，試件不預熱。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時效，空冷。表1 MIG焊接參數焊層數焊接電流/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
焊接熱循環導致6061鋁合金焊接接頭熱影響區不同程度的軟化，根據焊接溫度的分布，熱影響區可分為淬火區和過時效區。過時效區是在熱影響區內離焊縫較遠的部位，熱循環作用的溫度超過了原有的時效處理溫度，但又未達到固溶溫度，則強化相Mg2Si從母相分離出來，并聚集長大，導致合金強度及硬度明顯降低，即發生“過時效”軟化。淬火區是在熱影響區內離焊縫較近的部位，熱循環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，發生了固溶強化，與過時效軟化區相比，淬火區的強度及硬度相對要高一些。焊態下6061鋁合金焊接接頭存在的主要問題是熱影響區的軟化，軟化區的寬度及位置與工藝參數有關。焊接電流越高，或線能量越大，軟化區寬度越寬，軟化區距焊縫中心的位置越遠。焊后525℃×25min固溶處理+160℃×18h時效處理可使6061鋁合金焊接接頭各區域的強度及硬度得到不同程度提高，特別是焊接接頭熱影響區的軟化現象基本消除，焊接接頭力學性能良好。