6061鋁合金薄板無針攪拌摩擦焊工藝研究與微觀組織分析.pdf

1、6000系鋁合金作為性能優(yōu)異且使用廣泛的輕質(zhì)合金材料，擁有成為汽車輕量化制造原材料的巨大潛力。然而6000系鋁合金使用傳統(tǒng)焊接方法難以獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫，鋁合金薄板更是如此。因此對(duì)于6000系鋁合金薄板連接技術(shù)的研究十分必要，近年來出現(xiàn)的一種名為無針攪拌摩擦焊的新型焊接技術(shù)能獲得優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的薄板鋁合金焊縫，但目前缺少對(duì)于6000系鋁合金薄板無針攪拌摩擦焊工藝的系統(tǒng)性研究。
　　本研究選擇1mm厚6061-T6鋁合金薄板作為焊接材料，使用

2、無針FSW技術(shù)，針對(duì)影響接頭性能的主要焊接參數(shù)包括:主軸轉(zhuǎn)速、焊接速度、下壓量設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獲得對(duì)焊與搭焊兩種形式的焊縫。測(cè)試焊縫力學(xué)拉伸性能與橫截面顯微硬度;采用金相顯微鏡觀察焊縫區(qū)缺陷;電子背散射衍射技術(shù)(EBSD)觀察焊縫區(qū)域材料晶粒尺寸與形狀;掃描電鏡(SEM)觀察分析拉伸斷口形貌。主要結(jié)論如下:
　　6061鋁合金薄板無針FSW對(duì)焊實(shí)驗(yàn)所獲得的焊縫成形較為美觀。焊縫抗拉強(qiáng)度隨焊接速度的增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，峰值為198

3、MPa，達(dá)到母材的73.4％。延伸率隨主軸轉(zhuǎn)速的升高而變大，最大值為20％。下壓量對(duì)焊縫抗拉強(qiáng)度有一定影響，本研究中最優(yōu)下壓量為0.1mm。自然時(shí)效能夠有效提升焊縫的力學(xué)拉伸性能。焊縫橫截面顯微硬度分布為“W”形或“一”字形，抗拉強(qiáng)度高的焊縫顯微硬度最小值更大。拉伸試樣斷裂位置基本位于焊縫中心處。光學(xué)顯微觀察結(jié)果顯示焊縫背部沒有未焊透缺陷。本研究最佳對(duì)焊工藝方案為:主軸轉(zhuǎn)速1500rpm，焊接速度300mm/min，下壓量0.1mm，焊

4、后自然時(shí)效一周以上。
　　6061鋁合金薄板無針FSW搭焊焊縫外觀無明顯缺陷，焊縫力學(xué)拉伸性能隨焊接速度升高為先升后降的趨勢(shì)，最大值為199.5MPa，達(dá)到母材的73.9％。焊縫橫截面顯微硬度測(cè)試結(jié)果表明，無針FSW搭焊接頭上、下板顯微硬度為“W”或“一”字形分布;上板硬度下降區(qū)域大于下板;力學(xué)拉伸性能好的無針FSW搭焊接頭顯微硬度最小值更大。拉伸試樣斷裂于上板后退側(cè)熱影響區(qū)。光學(xué)顯微觀察結(jié)果顯示，力學(xué)拉伸性能好的焊縫上、下板之間

5、的融合區(qū)域更寬，高轉(zhuǎn)速的焊縫前進(jìn)側(cè)容易出現(xiàn)Hook缺陷。最優(yōu)工藝參數(shù)為:主軸轉(zhuǎn)速1500rpm，焊接速度300mm/min，下壓量0.1mm。
　　采用EBSD觀察性能最好的無針FSW對(duì)焊與搭焊焊縫，發(fā)現(xiàn)對(duì)焊與搭焊焊縫上板焊縫中心位置的組織是經(jīng)歷劇烈塑性變形后的細(xì)小等軸晶，熱機(jī)影響區(qū)同時(shí)受塑性變形與熱循環(huán)作用，晶粒大小不均勻，熱影響區(qū)只受熱循環(huán)作用，晶粒最大;搭焊焊縫下板都是受熱長(zhǎng)大的粗大晶粒。從拉伸斷口的SEM結(jié)果來看，高延伸率