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6061铝合金管超声波接头组织焊接性能分析

【中国铝业网】6061铝管具有中等强度、耐腐蚀、加工性能好、可焊接性强等优点，已广泛用于功能和结构材料。国内外常采用传统的焊接方法(如MIG、TIG等)对此类合金进行焊接，但所焊接的接头强度不够，且焊缝容易产生气体、夹渣、裂纹等缺陷。超声波焊接技术能够实现传统焊接方法难以焊接的镁合金、铝合金等低熔点材料的连接，再加上其节能、环保、操作简便等突出优点。本文将详细研究6061铝合金进行超声波焊接后的接头显微组织、表面形貌和力学性能，得到6061铝合金超声波焊接的最佳工艺参数，并分析铝合金表面处理对其焊接性能的影响，以促进超声波焊接这种先进的连接技术在轻质合金连接方面的应用。
　　
　　显微组织中晶粒内化学成分不均的现象称晶内偏析。
　　
　　晶内偏析的显微组织特征是，浸蚀后的晶内呈水波纹状的类似树木年轮状组织。晶粒内显微硬度不同，晶界附近显微硬度高，晶粒中心显微硬度低。
　　
　　晶内偏析的存在，使晶粒内部的化学成分和铸锭的组织极不均匀，使铸锭的性能严重恶化，主要是：
　　
　　1)固溶体晶内偏析造成的化学成分不均匀性和出现的不平衡过剩相，使合金抵抗电化学腐蚀的稳定性降低。
　　
　　2)非平衡共晶或低熔组成物的出现使合金开始熔化温度降低，使铸锭在随后的热变形或淬火的加热过程中容易产生局部过烧。
　　
　　3)晶内偏析不仅造成非平衡相出现和使第二相数量增加，而且，这些低熔相在晶枝周围组成硬而脆的枝晶网络，使铸锭的塑性和加工性能急剧降低。
　　
　　4)由晶内偏析造成的化学成分不均匀性遗传到半制品中，导致退火后在加工材中形成粗大晶粒。
　　
　　实验选用0.3mm厚的6061铝合金，试件尺寸为160mm×18mm×0.3mm。采用超声波金属点焊机对裁剪好的两片铝薄片进行焊接，其工作频率为20kHz，振幅为35um，焊接压力和焊接时间均可调，焊头尺寸为8mm×8mm。焊接时间从40~140ms变化，气缸压强从0.1~0.6MPa变化。气缸压强与焊接压力的关系为：焊接压力=(气缸面积/焊点面积)×气缸压强。本实验设备中，焊点面积为88mm2，气缸直径为53mm，经换算得到焊接压力为气缸压强的35倍，所以焊接压力从3.5~21MPa变化。焊接试样剥离测试采用CMT2520新三思微型机控制电子拉力试验机，其加载速率为15mm/min，剥离测试按照结构胶黏剂测试标准进行。
　　
　　力学性能：
　　
　　抗拉强度σb(MPa)：215～355
　　
　　伸长率δ10(％)：12～17
　　
　　固溶处理温度：500℃～510℃.
　　
　　冷加工材料退火范围：340℃～350℃.
　　
　　热处理后材料退火温度：415℃。