6061-T6铝合金FSW焊缝性能研究

1、6061-T6铝合金FSW焊缝性能研究目录一、背景介绍二、工艺过程三、焊缝性能分析四、焊缝失效原因五、解决方案一、背景介绍搅拌摩擦焊（FSW）搅拌摩擦焊是一种固态连接技术。搅拌针逐渐插入待焊工件中,搅拌头与轴肩与待焊工件由于摩擦剪切阻力产生一定的摩擦热,这个摩擦热使待焊工件邻近区域金属微粒达到热塑性状态,然后再随着搅拌头向前的移动,由于搅拌头对热塑性状态的金属微粒的搅拌作用,前进侧金属微粒随着搅拌头一起旋转流入返回侧,并沉积下来，返回侧金属微粒不随搅拌头一起流动,在流动金属与母材的挤压作用下进入前进侧,实现待焊工件的固相连接。一、背景介绍铝合金焊接性:1、焊接变形2、焊接裂纹问题 3、焊接接头

2、软化4、气孔 与传统熔化焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有接头宏观形貌良好、焊后残余应力和变形较小、焊缝性能良好；焊接时无烟尘、无辐射；焊接过程中不需焊丝填充、不需气体保护，比较节省成本，最大程度上缓解了因热输入过大导致的铝合金焊接接头发生的“软化”及裂纹、气孔等严重缺陷，因此搅拌摩擦焊特别适合于铝合金的连接。一、背景介绍6061-T6铝合金搅拌摩擦焊 6061-T6铝合金为Al-Mg-Si系热处理可强化铝合金,具有中等强度、良好的塑韧性、良好的耐蚀性、可焊性和挤压性能好等优点,广泛用于要求有一定强度和抗腐蚀性高的各种工业结构件,在铁道车辆方面,主要用于制造车体侧墙和壁板以及对焊接性能要求较高的零部

3、件,因此需要用搅拌摩擦焊来提高其焊接接头的性能。6061-T6铝合金化学成分（Wt%）6061-T6铝合金力学性能一、背景介绍时效原理：铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间（如46昼夜后），强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围（如100200）内发生，称人工时效。一、背景介绍时效原理：合金元素在铝中有较大固溶度且随温度降低急剧减小,通过在水中淬火,可以得到过饱和铝基固溶体时效强化是通过第二相的沉

4、淀析出来实现的。Mg2Si相是Al-Mg-Si系合金的主要强化相,它的尺寸和形状对合金性能影响很大。在淬火时，由于冷却快，这些空位来不及移出，便被“固定”在晶体内。这些在过饱和固溶体内的空位大多与溶质原子结合在一起。由于过饱和固溶体处于不稳定状态，必然向平衡状态转变，空位的存在，加速了溶质原子的扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。一、背景介绍铝合金根据主要合金元素的不同可以分成8个系别，其中只有1系、2系、6系、7系可以通过热处理方式来进行强化。对于可热处理的铝合金则有自然时效和人工时效两种方式，根据时效方式和效果的不同又分成了7个等级，用T1T7表示，其中T4和T6最为常见。铝合金T6处理是

5、固溶处理加人工时效处理，不同成分的铝合金只要热处理是固溶处理加人工时效处理就可以称为T6处理，表明其热处理状态。铝合金铸件T6热处理工艺程序：加热-保温-淬火-时效。二、工艺过程材料及设备试样材料：6061-T6铝合金（T6-固溶热处理后进行人工时效的状态）试样尺寸：300*150*6mm设备：大型悬臂式数控搅拌摩擦焊设备搅拌头尺寸：轴肩直径18mm,搅拌针直径4mm,长度5.75mm,倾斜角度为2，搅拌头采用螺纹结构。二、工艺过程具体步骤1、将铝合金进行清洗去除表面的油污，进行装夹2、设置搅拌针转速、焊速及下压量等参数，进行焊接3、在焊好的试件上切片，制备试样4、观察金相组织及测试力学性能三

6、、焊缝性能检测 焊缝截面金相组织a）母材 b）焊核区 c）热机械影响区 d）热影响区abcd三、焊缝性能检测拉伸性能 当FSW 接头受拉伸载荷时，接头的断裂位置多数出现在后退侧热影响区，如图所示，而不是出现在焊核区。FSW焊后试样拉伸测试断口形貌三、焊缝性能检测显微硬度测试四、原因分析1、残余应力的存在2、强化相的溶解四、原因分析1、残余应力根本原因:焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束，不能自由膨胀和收缩。纵向残余应力x的分布四、原因分析残余应力对焊件的影响1、对焊件强度的影响。如果存在过大的焊接残余应力,则将使焊件的静载强度降低当焊件受到循环应力作用,如果焊接残余应力存在于应力集中处,

7、则将使焊件的疲劳强度降低。2、对焊件刚度的影响。如果焊接残余应力与焊件所受外载应力相叠加,则可能导焊件局部应力超过屈服极限,出现局部塑性变形,降低焊件的刚度。4、对耐腐蚀性的影响。可能会出现疲劳腐蚀开裂。四、原因分析2、强化相溶解热影响区:温度不足以使沉淀相溶解，沉淀相发生粗化。热机械影响区：温度达到固溶温度，部分沉淀相粗化，部分溶解，在后续的冷却过程中有少量细小沉淀析出中心焊核区：沉淀相完全溶解， 冷却过程中，沉淀相优先在位错和晶界处析出，分布不均匀五、解决方案焊缝后续热处理 一 350370保温30到120min 去应力退火 二 固溶处理 ：加热到490505， 然后水冷。 三 时效 ： 1自然时效 室温放置96h，2人工时效185195保温 612小时，