6061鋁合金激光焊接接頭組織及力學性能研究.pdf

1、鋁合金激光焊接由于具有能量密度高、熱輸入小、焊接效率高以及易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)勢，在航空航天和機械制造等領域中有著廣闊的發(fā)展前景。本文采用Rofin-FL010激光器及YLS-10000激光器分別在較低功率(≤1kW)及較高功率(＞1kW)對6mm厚度6061鋁合金板進行激光焊接，利用光學顯微鏡、X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、維氏顯微硬度計、透射電子顯微鏡(TEM)及差熱分析(DSC)等分析測試手段，研究了鋁合金激光焊

2、接的吸光能力、顯微組織、力學性能及焊后人工時效對接頭組織與性能的影響。
　　鋁合金低功率激光焊接中，采用表面噴砂、等離子噴涂鋁粉、苯胺黑染色及涂敷活性劑等方法均能夠在不同程度增加鋁合金對激光的吸收率，增加焊縫熔深，但也會給焊縫帶來氣孔、夾雜及裂紋等缺陷;焊接工藝參數(shù)對焊縫熔深及缺陷有較大影響，隨著激光功率的增加，焊縫熔深呈增加的趨勢，但熔深隨焊接速度的變化規(guī)律不明顯;采用脈沖激光能夠減小焊縫的氣孔傾向，但會增加焊縫的裂紋傾向，且脈

3、沖頻率越小，裂紋傾向越大。
　　鋁合金高功率激光焊接中，焊縫區(qū)為等軸晶組織，熔合線附近為垂直于熔合線方向生長的柱狀晶組織，焊縫晶粒相對母材明顯細化;焊縫顯微硬度明顯低于母材，平均硬度約為60HV，這是由于母材中的主要強化相β"相在焊接過程中熔解，從而使焊縫失去了原有的強化效果;但TEM觀察結果表明，在焊縫中依然觀察到了少量的β"相和β'相，這與傳統(tǒng)的電弧焊不同，β"相及β'相的形成是由于激光焊的快速加熱及快速冷卻特性造成的，形成熔

4、池后以很快的冷卻速率凝固，液相中Mg和Si產(chǎn)生一定程度的固溶，而焊接熱循環(huán)的特性使其在低溫段100℃～300℃之間的冷卻速度相對緩慢，這時候相當于鋁合金的人工時效過程，會產(chǎn)生亞穩(wěn)相β"相及β'相;焊縫的抗拉強度和塑性明顯低于人工時效的母材，這主要是由于焊縫中的時效強化相的不足造成的。
　　對高功率激光焊接接頭采用不同的固溶溫度和時效溫度重新進行焊后人工時效，結果表明，在530℃下保溫6小時進行固溶處理，淬火后在180℃下保溫3小時

5、進行時效處理(530℃×6h+180℃×3h)后能夠使焊縫顯微硬度達到與母材大致相同的70～80HV，其他時效工藝得到的焊縫顯微硬度明顯低于母材。固溶溫度及時效溫度都會對時效結果產(chǎn)生較大影響，固溶溫度過低，焊縫中的Mg和Si無法完全固溶到Al基體中，從而時效析出的強化相數(shù)量較少;時效溫度過低，會導致時效析出的強化相的數(shù)量較少;時效溫度過高，會發(fā)生過時效，也會導致縫力學性能降低。TEM結果表明，在530℃×6h+180℃×3h焊后時效的焊