焊后热处理对6061-T6接头组织和性能的影响研究

韦宝权，袁红昆，祝 影，魏鹏尧，金文福

(辽宁忠旺集团有限公司，辽阳111000)

焊后热处理对6061-T6接头组织和性能的影响研究

韦宝权，袁红昆，祝 影，魏鹏尧，金文福

(辽宁忠旺集团有限公司，辽阳111000)

以6061-T6铝合金MIG焊接试样为基体，焊后分别进行175℃×8h、525℃×30min+175℃×8h两种热处理，分析焊后不同热处理制度对焊缝组织及性能的影响。研究结果表明，经时效处理的接头组织不均匀性和强化相的分布得到改善，抗拉强度提高36.39MPa。经固溶+时效处理的接头，热影响区的Mg2Si回溶，热影响区消失，抗拉强度提高58.42MPa。

6061-T4铝合金；焊接；热处理；显微组织；力学性能

0 前言

6系铝合金经固溶人工时效（T6）后具有良好的力学性能、抗腐蚀性能及工艺性能，因此成为车体轻量化的理想材料[1～3]。铝合金车体制造多以MIG和TIG弧焊为主，焊后接头软化严重，直接影响车辆安全和使用寿命[4]。目前，提高铝合金焊接接头性能的研究主要集中在焊接工艺、焊接方法以及填充材料方面，并取得了丰硕的研究成果，但关于焊后热处理的研究甚少[5～6]。本文以热处理强化型6061铝合金为对象，研究焊后热处理对焊接接头组织和性能的影响，为扩大铝合金的工程化应用积累基础数据。

1 实验材料及方法

1.1 试验材料

母材选用6061-T6铝合金，尺寸为300mm×150mm×4mm。母材的化学成分及力学性能如表1、表2所示。

表1 6061铝合金化学成分（质量分数/%）

表2 6061-T6铝合金力学性能

1.2 试验方法

焊前使用气动钢丝刷对母材表面进行打磨，使其露出金属光泽，采用福尼斯TPS 5000焊机对材料进行MIG焊接。接头形式及坡口尺寸如图1所示，其中t1=t2=4mm，α=70°，b=0～0.5。焊丝选用直径为ϕ1.2mm的ER5356，保护气体为Ar，纯度＞99.99%，两层焊道焊接电流分别选用97A和125A，焊接速度为60cm/min，氩气流量为20L/min。对焊后试样分别进行不同制度的热处理，焊后热处理制度如表3所示。

图1 接头形式及坡口尺寸

表3 焊后热处理制度

使用岛津AG-X 100KNH型电子万能试验机进行拉伸试验，加载速率10mm/min，按照GB/T 2651-2008焊接接头拉伸试验方法标准要求制备试样，每组测试3个试样，取平均值作为试验结果；使用蔡司M2m光学显微镜和岛津SSX-550型SEM进行接头组织观察；使用FV-810型维氏显微硬度计进行硬度测试，测试位置为壁厚二分之一处水平方向，测试载荷2kg，测试点间距为1mm。

2 实验结果及分析

2.1 金相组织

对T6-1、T6-4、T6-7焊缝接头进行金相组织观察。如图2（a）、图2（b）、图2（c）所示分别为T6-1、T6-4、T6-7的焊缝区组织，焊缝区组织为铝合金典型铸态组织，且无明显差别，焊缝内部存有气孔。图3为焊后不同热处理制度的热影响区组织。从图3中可知，T6-1和T6-4热影响区受焊接热循环影响发生了再结晶，晶粒长大，并有长大的黑色Mg2Si相存在。T6-7经过重新固溶时效后，热影响区粗大的Mg2Si相发生回溶，重新析出弥散分布的强化相，组织均匀性得到改善。

图2 焊后不同热处理制度的焊缝区组织

图3 焊后不同热处理制度的热影响区组织

2.2 接头硬度

对T6-1、T6-4和T6-7 3个试样进行硬度测试，测试结果如图4所示。由图4可知，6061-T6母材受焊接热循环的影响较大，T6-1和T6-4焊接试样硬度变化趋势相似，即随着距焊缝距离的增大硬度先增加后降低、再增加至母材硬度水平并保持稳定。T6-1试样硬度最低值位于距焊缝11mm处，硬度值为61.8HV，T6-4试样硬度最低值位于距焊缝10mm处，硬度值为64HV。随着距焊缝距离的增加，母材受焊接热循环影响降低，热影响区硬度开始恢复至母材硬度。相对于T6-1焊后未处理试样，T6-4试样经焊后热处理后，焊缝和热影响区硬度均得到一定提高，并且热影响区宽度明显变窄。T6-7试样焊后重新固溶时效处理后，焊接接头硬度变化趋势明显不同，焊缝硬度提升较小，热影响区软化得到改善，硬度得到明显恢复。

图4 6061-T6焊后热处理接头硬度分布曲线

2.3 拉伸性能

表4所示为6061-T6焊接接头热处理后的力学性能检测结果。由表4可知，未经焊后热处理的6061-T6焊接接头抗拉强度为191.83MPa，强度系数（接头抗拉强度/母材抗拉强度）为66.15%。经过175℃×6h时效处理后抗拉强度达到了228.22MPa，强度系数为78.70%。6061-T6焊后重新固溶再时效处理后的强度系数达到了86.29%。相比焊后直接时效处理，重新固溶再时效处理后接头的抗拉强度和屈服强度得到了回升，且断裂位置由热影响区转移至焊缝。

表4 6061-T6焊接接头焊力学性能

2.4 断口观察

将T6-1、T6-4、T6-7拉伸测试后试样进行SEM断口形貌观察，结果如图5所示。

图5 SEM断口形貌

T6-1和T6-4的断口形貌均为韧窝断裂和解理断裂的混合断裂方式，但韧窝数量与大小差异较大，T6-4比T6-1的韧窝尺寸大、数量少，解理面面积大，说明T6-4断裂位置（热影响区）的粗大的第二相较多，容易形成应力集中发生开裂，促进裂纹扩展。T6-7断口形貌韧窝大小均匀，韧窝聚合形成孔洞，撕裂棱明显，有明显的孔洞存在，是由焊缝气孔或者韧窝聚合形成孔洞。

T6-1和T6-4受焊接热循环的作用，热影响区可细分为固溶区和过时效区。近焊缝处的热影响区温度高于Mg、Si原子的固溶温度，Mg2Si强化相发生回溶，即形成固溶区。而远离焊缝的热影响区温度低于Mg、Si原子的固溶温度，Mg2Si强化相发生聚集长大，即形成过时效区，接头的力学性能和塑性发生降低。但T6-4经过焊后热处理后，接头组织不均匀性和强化相的分布得到改善，因此抗拉强度得到提高，然而热影响区存在粗大的稳定相（Mg2Si）延伸率反而下降。相对于T6-1和T6-4热影响区组织，T6-7经重新固溶时效后，Mg、Si元素全部重新固溶，接头热影响区软化区消失，强度得到大幅度回升。

3 结论

（1）对6061-T6焊接件进行175℃×6h热处理，热影响区最低硬度由61.8HV提高至64HV，抗拉强度由191.83MPa提高至228.22MPa。

（2）对6061-T6焊接件进行525℃×30min+175℃×8h的热处理，焊接热影响区消失，抗拉强度由191.83MPa提高至250.25MPa，且断裂位置由热影响区变为焊缝区。

（3）6061-T6铝合金的焊接热影响区经时效处理后，组织的不均匀性及强化相的分布得到改善；经重新固溶+时效处理后，Mg2Si相发生回溶，重新析出弥散分布的强化相。

[1]张玉美，王智明，刘建岭.铝合金车轮的发展现状及展望[J].铝加工，2010，(05):25-28

[2]刘静安，盛春磊，刘志国，潘伟津.铝材在汽车上的开发应用及重点新材料产品研发方向[J].铝加工，2012，(05):4-16

[3]崔厚学，邹恒琪，刘昌雄.铝合金车身的焊接技术[J].电焊机，2013，43(02):34-37

[4]龙社明，王孟君，陈欣怡，梁岩，胡静远，陈新欢.焊后热处理对7003铝合金焊接接头抗腐蚀性能的影响[J].铝加工，2017，(02):8-13

[5]朱东晖，陈江华，刘春辉，孟立春，郑雄，赖玉香，陶冠辉，顾媛.焊后热处理对Al-Mg-Si-Cu合金激光焊接接头微观结构和力学性能的影响[J].中国有色金属学报，2015，25(09):2342-2349

[6]谢业东，农琪.焊后热处理对6061铝合金焊接接头微观组织与力学性能的影响[J].热加工工艺，2011，40(15):127-129

Effect of Post Weld Heat Treatment on Microstructure and Mechanical Properties of 6061-T6 Aluminum Alloy Welded Joint

WEI Bao-quan,YUAN Hong-kun,ZHU Ying,WEI Peng-yao,JIN Wen-fu
（Liaoning Zhongwang Group Co.,Ltd.,Liaoyang 111003,China）

Taking the 6061-T6 aluminum alloy as the objective,butt filler welding of 6061-T6 aluminum alloy by MIG arc welding was carried out,and the weld parts were heat treatment at 175℃×8h and 525℃×30min+175℃×8h.The effects of post weld heat treatment on microstructure and mechanical properties of welded joint were studied.The results show that the uniformity of microstructure and the distribution of strengthen phases of 6061-T6 aluminum alloy welded joint with aging treatment are improved,and the tensile strength increased by 36.39MPa;for the welded joint with solid solution and aging treatment,the Mg2Si phase of heat-affected zone dissolved into the matrix,the softening effect of heat affected zone disappeared and the tensile strength increased by 58.42MPa.

6061-T6 aluminum alloy;welding;heat treatment;microstructure;mechanical properties

TG441.8，TG457.14

A

1005-4898(2017)06-0054-05

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.06.11

韦宝权（1992-），男，辽宁锦州人，硕士，主要从事铝合金焊接研究。

2017-09-09