6061 鋁合金冷弧焊工藝研究

秦龍飛

摘要：在車輛輕量化技術背景下，鋁合金由于質量輕、強度高、耐腐蝕性能好、成形性好及低溫性能好等特點，被廣泛地應 用于軌道列車和汽車制造等領域。鋁合金的廣泛使用促進了鋁合金焊接技術的發(fā)展，現(xiàn)在鋁合金焊接技術成為金屬焊接領域 的研究熱點之一?；诖?，本文主要對6061 鋁合金冷弧焊工藝進行了簡要的分析，希望可以為相關工作人員提供一定的參考。 關鍵詞：6061鋁合金；冷弧焊；工藝研究

中圖分類號：TG444.74 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3178（2018）19-0237-01

引言

6061 鋁合金是一種可熱處理強化鋁合金，時效析出的強化項主

要成分為Mg2Si。由于6061 鋁合金具有成型性好、耐蝕性強、中等 強度等特點，被廣泛應用于汽車車身和零部件的制造，實現(xiàn)了汽車 的輕量化、現(xiàn)代化。

1 6061 鋁合金性能

1.1 硬度和拉伸性能

6061 鋁合金固溶后經(jīng)人工時效硬度變化曲線，隨著時效時間的 延長，樣品硬度快速提高，4 小時左右達到峰時效（T6），其硬度為 106HV；而后發(fā)生過時效，硬度隨時效時間延長而緩慢下降。樣品經(jīng) 15 天自然時效（T4）其硬度值僅有80HV，遠低于 T6 態(tài)硬度。

拉伸試驗顯示，T6 態(tài) 6061 鋁合金屈服強度 245Mpa，抗拉強度 320Mpa，延伸率 12%。T4 態(tài) 6061 鋁合金屈服強度 210Mpa，抗拉強 度275Mpa，延伸率13%。

1.2 金相組織

6061 鋁合金金相組織分別為T4 態(tài)和T6 態(tài)，其晶粒沿軋制方向

呈長條狀。T6 態(tài)組織中的析出相較 T4 態(tài)的數(shù)量更多且分布更加彌 散。金相組織照片顯示，T6 態(tài)組織中第二相的析出數(shù)量和彌散度更 高，其時效強化的效果更好，T6 時效工藝能有效提高車身整體的結 構強度。

26061 鋁合金冷弧焊工藝 2.1 試驗材料和方法

2.1.1 試驗材料和設備

本試驗采用 2mm 厚的 6061 鋁合金軋制板，試樣尺寸為

90mm×60mm×2mm。其主要力學性能：抗拉強度Rm≥180N/mm2，屈服 強度Rp0.2≥110N/mm2，伸長率 A≥14%。試驗在 JH-2000 型低功 率冷弧焊機上進行，該焊機采用電容充放電模式，并通過脈沖電弧 的形式出弧。

2.1.2 試驗方法

采用對接焊接，試驗過程為自熔不加絲焊接。通過大量試驗發(fā)

現(xiàn)，焊縫最佳成形參數(shù)為：焊接電流40A、鎢極長度2mm～3mm、焊接 傾角為75°、氬氣流量為8L/min。將得到的焊接接頭進行切割制樣， 通過金相顯微鏡、掃描電鏡觀測宏觀組織和微觀組織；進行能譜分析； 在拉伸試驗機上進行力學性能測試。

2.2 內容

為了研究 6061 鋁合金冷弧焊接頭的力學性能并評價接頭力學

性能，將不同焊接電流下的接頭做成拉伸試樣進行拉伸試驗，并進 行拉伸斷口形貌分析，通過斷裂情況說明斷裂類型、分析斷裂原因。 表 1 為測得的接頭抗拉強度。6061 鋁合金母材的抗拉強約為 280N/mm2，所測得的焊縫抗拉強度遠遠低于母材的抗拉強度，接頭 的抗拉強度太低。其原因是 6061 鋁合金冷弧焊為了研究 6061 鋁合 金冷弧焊接頭的力學性能并評價接頭力學性能，將不同焊接電流下 的接頭做成拉伸試樣進行拉伸試驗，并進行拉伸斷口形貌分析，通 過斷裂情況說明斷裂類型、分析斷裂原因。表 1 為測得的接頭抗拉 強度。6061 鋁合金母材的抗拉強約為280N/mm2，所測得的焊縫抗拉 強度遠遠低于母材的抗拉強度，接頭的抗拉強度太低。其原因是6061 鋁合金冷弧焊液固溶氫量差異較大，固態(tài)溶氫量小，氣體不易析出， 從而產生氣孔。

2.3 結論

1）6061 鋁合金板冷弧焊焊縫組織為等軸晶和樹枝晶組織，出現(xiàn)

軋制組織，等軸晶沿著垂直焊接方向長大，熔池和熱影響區(qū)較小， 熱影響區(qū)晶粒粗大，母材組織呈纖維狀且無明顯變化。2）焊接過程 中產生了一些裂紋和夾雜缺陷，經(jīng)過掃描電鏡能譜分析，裂紋夾雜 物為一些不導電的金屬和非金屬氧化物，裂紋類型為熱裂紋，裂紋 終止于彌散相較多的區(qū)域，終止的原因可能是彌散相的強化，阻礙 了裂紋的擴展。3）焊接熔合區(qū)和熱影響區(qū)的顯微硬度約為母材硬度 的 50%左右，其原因是自熔時 Mg 元素燒損所致，同時由于 6061 鋁 合金為沉淀強化合金，焊接中的熱量導致形成的針狀沉淀相β″粗 化變?yōu)閳A形沉淀相 β'。4）拉伸試驗表明鋁合金冷弧焊焊接接頭力 學性能較差，焊接接頭的拉伸斷裂均在焊縫處，斷口灰暗無光澤， 縮頸不太明顯，斷口呈河流狀花樣且有明顯的塑坑和少量的韌窩。 分析可知斷裂類型為韌脆混合性斷裂。

36061 鋁合金冷弧焊應用分析

冷弧焊方法擴展了 MIG/MAG 焊在金屬連接中的應用范圍。例如

在汽車工業(yè)新型車體的焊接中，傳統(tǒng)的 MIG/MAG 焊接方法不能獲得 滿意的效果，采用冷弧焊方法可以得到性能優(yōu)良的焊接接頭。冷弧 焊一個典型的應用是在汽車車體的焊接上面。汽車上常用的鍍鋅板 現(xiàn)在基本上用Cu 焊絲進行電弧釬焊。當焊縫間隙很大時，采用常規(guī) 的電弧釬焊難以焊接，冷弧焊卻可以焊出優(yōu)良的焊縫。

結束語

6061 鋁合金板材采用常規(guī) TIG 焊接后，其 T42 態(tài)、T62 態(tài)的拉

伸強度較好，強度系數(shù)分別達到 95%和91%，與同規(guī)格的進口材料相 當；焊接接頭橫向拉伸斷裂方式均為垂直于應力方向的正斷，焊接 接頭的斷裂區(qū)域均為熱影響區(qū)，斷口均呈微觀韌窩形貌，與傳統(tǒng)鋁 合金材料焊接斷口形貌基本一致。因此，6061 鋁合金板材焊接性良 好。本文對6061 鋁合金板的冷弧焊工藝進行研究，希望可以為相關 工作人員提供一定的借鑒。

參考文獻

[1]鄭津洋，崔天成，顧超華，張鑫，付海龍.高壓氫氣對 6061 鋁 合 金 力 學 性 能 的 影 響 [J]. 高 壓 物 理 學

報，2017，31（05）：505-510.

[2]畢江，趙長財，杜冰，陳曉華，董國疆.AA6061 鋁合金正方 形 截 面 管 脹 形 工 藝 研 究 [J]. 中 國 機 械 工 程，2017，28（12）：1491-1498.

[3]韓曉蘭，趙升噸，徐凡，陳超，趙仁峰.Al6061 板料的修正 GTN 損 傷 模 型 [J]. 中 國 有 色 金 屬 學 報，2017，27（05）：902-910.

[4]王健，盧雅琳，徐文婷，李興成.熱擠壓工藝對6061鋁合金 組織及性能的影響[J].金屬熱處理，2016，41（10）：172-175. [5]劉鑫剛，王國軍，陳雷，孟冬凝，于琳琳，郭寶峰，毛天宏. 鑄態(tài) 6061 鋁合金均勻化熱處理工藝[J].材料熱處理學 報，2016，37（07）：77-82.