6061 铝合金冷弧焊工艺研究

秦龙飞

摘要：在车辆轻量化技术背景下，铝合金由于质量轻、强度高、耐腐蚀性能好、成形性好及低温性能好等特点，被广泛地应 用于轨道列车和汽车制造等领域。铝合金的广泛使用促进了铝合金焊接技术的发展，现在铝合金焊接技术成为金属焊接领域 的研究热点之一。基于此，本文主要对6061 铝合金冷弧焊工艺进行了简要的分析，希望可以为相关工作人员提供一定的参考。 关键词：6061铝合金；冷弧焊；工艺研究

中图分类号：TG444.74 文献标识码：A 文章编号：2095-3178（2018）19-0237-01

引言

6061 铝合金是一种可热处理强化铝合金，时效析出的强化项主

要成分为Mg2Si。由于6061 铝合金具有成型性好、耐蚀性强、中等 强度等特点，被广泛应用于汽车车身和零部件的制造，实现了汽车 的轻量化、现代化。

1 6061 铝合金性能

1.1 硬度和拉伸性能

6061 铝合金固溶后经人工时效硬度变化曲线，随着时效时间的 延长，样品硬度快速提高，4 小时左右达到峰时效（T6），其硬度为 106HV；而后发生过时效，硬度随时效时间延长而缓慢下降。样品经 15 天自然时效（T4）其硬度值仅有80HV，远低于 T6 态硬度。

拉伸试验显示，T6 态 6061 铝合金屈服强度 245Mpa，抗拉强度 320Mpa，延伸率 12%。T4 态 6061 铝合金屈服强度 210Mpa，抗拉强 度275Mpa，延伸率13%。

1.2 金相组织

6061 铝合金金相组织分别为T4 态和T6 态，其晶粒沿轧制方向

呈长条状。T6 态组织中的析出相较 T4 态的数量更多且分布更加弥 散。金相组织照片显示，T6 态组织中第二相的析出数量和弥散度更 高，其时效强化的效果更好，T6 时效工艺能有效提高车身整体的结 构强度。

26061 铝合金冷弧焊工艺 2.1 试验材料和方法

2.1.1 试验材料和设备

本试验采用 2mm 厚的 6061 铝合金轧制板，试样尺寸为

90mm×60mm×2mm。其主要力学性能：抗拉强度Rm≥180N/mm2，屈服 强度Rp0.2≥110N/mm2，伸长率 A≥14%。试验在 JH-2000 型低功 率冷弧焊机上进行，该焊机采用电容充放电模式，并通过脉冲电弧 的形式出弧。

2.1.2 试验方法

采用对接焊接，试验过程为自熔不加丝焊接。通过大量试验发

现，焊缝最佳成形参数为：焊接电流40A、钨极长度2mm～3mm、焊接 倾角为75°、氩气流量为8L/min。将得到的焊接接头进行切割制样， 通过金相显微镜、扫描电镜观测宏观组织和微观组织；进行能谱分析； 在拉伸试验机上进行力学性能测试。

2.2 内容

为了研究 6061 铝合金冷弧焊接头的力学性能并评价接头力学

性能，将不同焊接电流下的接头做成拉伸试样进行拉伸试验，并进 行拉伸断口形貌分析，通过断裂情况说明断裂类型、分析断裂原因。 表 1 为测得的接头抗拉强度。6061 铝合金母材的抗拉强约为 280N/mm2，所测得的焊缝抗拉强度远远低于母材的抗拉强度，接头 的抗拉强度太低。其原因是 6061 铝合金冷弧焊为了研究 6061 铝合 金冷弧焊接头的力学性能并评价接头力学性能，将不同焊接电流下 的接头做成拉伸试样进行拉伸试验，并进行拉伸断口形貌分析，通 过断裂情况说明断裂类型、分析断裂原因。表 1 为测得的接头抗拉 强度。6061 铝合金母材的抗拉强约为280N/mm2，所测得的焊缝抗拉 强度远远低于母材的抗拉强度，接头的抗拉强度太低。其原因是6061 铝合金冷弧焊液固溶氢量差异较大，固态溶氢量小，气体不易析出， 从而产生气孔。

2.3 结论

1）6061 铝合金板冷弧焊焊缝组织为等轴晶和树枝晶组织，出现

轧制组织，等轴晶沿着垂直焊接方向长大，熔池和热影响区较小， 热影响区晶粒粗大，母材组织呈纤维状且无明显变化。2）焊接过程 中产生了一些裂纹和夹杂缺陷，经过扫描电镜能谱分析，裂纹夹杂 物为一些不导电的金属和非金属氧化物，裂纹类型为热裂纹，裂纹 终止于弥散相较多的区域，终止的原因可能是弥散相的强化，阻碍 了裂纹的扩展。3）焊接熔合区和热影响区的显微硬度约为母材硬度 的 50%左右，其原因是自熔时 Mg 元素烧损所致，同时由于 6061 铝 合金为沉淀强化合金，焊接中的热量导致形成的针状沉淀相β″粗 化变为圆形沉淀相 β'。4）拉伸试验表明铝合金冷弧焊焊接接头力 学性能较差，焊接接头的拉伸断裂均在焊缝处，断口灰暗无光泽， 缩颈不太明显，断口呈河流状花样且有明显的塑坑和少量的韧窝。 分析可知断裂类型为韧脆混合性断裂。

36061 铝合金冷弧焊应用分析

冷弧焊方法扩展了 MIG/MAG 焊在金属连接中的应用范围。例如

在汽车工业新型车体的焊接中，传统的 MIG/MAG 焊接方法不能获得 满意的效果，采用冷弧焊方法可以得到性能优良的焊接接头。冷弧 焊一个典型的应用是在汽车车体的焊接上面。汽车上常用的镀锌板 现在基本上用Cu 焊丝进行电弧钎焊。当焊缝间隙很大时，采用常规 的电弧钎焊难以焊接，冷弧焊却可以焊出优良的焊缝。

结束语

6061 铝合金板材采用常规 TIG 焊接后，其 T42 态、T62 态的拉

伸强度较好，强度系数分别达到 95%和91%，与同规格的进口材料相 当；焊接接头横向拉伸断裂方式均为垂直于应力方向的正断，焊接 接头的断裂区域均为热影响区，断口均呈微观韧窝形貌，与传统铝 合金材料焊接断口形貌基本一致。因此，6061 铝合金板材焊接性良 好。本文对6061 铝合金板的冷弧焊工艺进行研究，希望可以为相关 工作人员提供一定的借鉴。

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