摘要：采用鎢極氬弧焊對(duì)6063鋁合金進(jìn)行焊接試驗(yàn)，觀(guān)察接頭的組織特點(diǎn)，并測(cè)定接頭的力學(xué)性能(硬度、拉伸)。結(jié)果表明，6063鋁合金焊接接頭不同區(qū)域的顯微組織不同，且接頭存在軟化區(qū)，其原因主要是第二相發(fā)生脫溶反應(yīng)，產(chǎn)生“過(guò)時(shí)效”現(xiàn)象，并提出了改進(jìn)接頭性能的相關(guān)措施。

0 引言

隨著人們生活水平的提高，汽車(chē)逐漸融為現(xiàn)代生活的一部分，汽車(chē)輕量化是解決汽車(chē)而臨問(wèn)題的重要途徑。目前，比較常用的方法是采用鋁合金材料，鋁合金由于綜合力學(xué)性能好、耐腐蝕性強(qiáng)，而且能夠?qū)ζ洳捎脽崽幚淼姆绞竭M(jìn)行強(qiáng)化，故廣泛應(yīng)用于汽車(chē)車(chē)身、車(chē)門(mén)、車(chē)頂蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋板等。

1 試驗(yàn)材料與方法

焊接試驗(yàn)材料取白車(chē)身常用的6063鋁合金。其化學(xué)成分如表1所示。采用鎢極氬弧焊對(duì)6063鋁合金進(jìn)行焊接試驗(yàn)，焊絲牌號(hào)選用ER4043，焊接設(shè)備采用逆變多功能氬弧焊機(jī)。采用對(duì)接接頭，焊接試驗(yàn)參數(shù)結(jié)合車(chē)身用6063鋁合金常用的焊接工藝，如表2所示。按照焊接試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行3組焊接試驗(yàn)(編號(hào)為M1,M2,M3)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 6063鋁合金焊接接頭宏觀(guān)組織形貌

6063鋁合金焊接接頭的宏觀(guān)組織形貌如圖1所示。可以看出，采用相同的焊接試驗(yàn)參數(shù)，其焊接接頭宏觀(guān)形貌也略有不同。圖1(a)中焊接接頭宏觀(guān)表面顏色不同、有深有淺，其原因可能是6063鋁合金在焊接時(shí)，難免有飛濺產(chǎn)生，造成焊接保護(hù)氣不能充分對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，從而接頭表而被空氣氧化，產(chǎn)生黑色氧化物，最終表現(xiàn)出接頭顏色的不同。這就說(shuō)明，即使焊接參數(shù)相同，焊接接頭質(zhì)量也不能完全保持一致，其接頭質(zhì)量還受焊接過(guò)程、焊接環(huán)境以及操作者等多種因素綜合影響。

2.2 6063鋁合金焊接接頭顯微組織分析

焊接接頭主要由焊縫區(qū)、熱影響區(qū)、熔合區(qū)組成，由于不同接頭區(qū)域的位置不同，其熱輸入與冷卻方式也存在很大區(qū)別，故不同區(qū)域的顯微組織不同。6063鋁合金焊接接頭不同區(qū)域的顯微組織如圖2所示。

由上圖2(a)可知，焊縫區(qū)顯微組織分布相對(duì)均勻，其主要原因是焊接過(guò)程中熔池的攪拌作用。

圖2(b)中，熔合區(qū)顯微組織中第二相形貌多樣(有棒狀、長(zhǎng)條狀等)，且尺寸不一，最小的約為5一10微米，最大的達(dá)50微米左右。之所以會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，主要是因?yàn)槿酆蠀^(qū)為6063鋁合金基體材料和焊縫的交界區(qū)域，該區(qū)域包括范圍很大，為含有結(jié)晶層和擴(kuò)散層的過(guò)渡區(qū)。其組織成分不僅和6063鋁合金母材有所不同，而且和焊縫金屬也有很大區(qū)別。在焊接時(shí)，熔合區(qū)由于化學(xué)成分的不均勻性，晶格中非常容易產(chǎn)生各種缺陷，影響焊接接頭質(zhì)量。

圖2(c)中，焊接接頭熱影響區(qū)第二相尺寸在靠近右上方區(qū)域相對(duì)細(xì)小，而靠近左下方區(qū)域尺寸粗大。其原因可能是焊接過(guò)程中，熱影響區(qū)的熱循環(huán)曲線(xiàn)不同，離熔合線(xiàn)越近的區(qū)域，加熱和冷卻的更快，對(duì)焊后熱影響區(qū)的影響也就越大。

2.3 6063鋁合金焊接接頭力學(xué)性能分析

6063鋁合金焊接接頭不同位置處硬度分布如圖3所示。

可以看出，6063鋁合金焊接接頭不同區(qū)域的硬度值明顯不同，隨著離熔合線(xiàn)距離的增加，其硬度值整體上表現(xiàn)出先降低再升高的趨勢(shì)。這就說(shuō)明焊接接頭內(nèi)存在軟化區(qū)，且試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，軟化區(qū)范圍大致為離熔合線(xiàn)距離6mm左右的范圍內(nèi)。其形成原因可能是焊接的過(guò)程包含了加熱和冷卻等過(guò)程，接頭不同區(qū)域的熱循環(huán)曲線(xiàn)不同，軟化區(qū)區(qū)域內(nèi)的第二相在焊接高溫作用下，第二相發(fā)生脫溶反應(yīng)，逐漸析出并聚集長(zhǎng)大，造成“過(guò)時(shí)效”軟化。

6063鋁合金焊接接頭拉伸試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

可以看出，焊接接頭的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度相比母材的性能，都有一定程度的下降，其原因可能是焊接接頭處容易存在缺陷(如氣孔、夾雜等)。此外，拉伸試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，接頭大多在離熔合線(xiàn)6mm左右處斷裂，該試驗(yàn)結(jié)果與硬度試驗(yàn)中低硬度區(qū)位置吻合，這也間接證明焊接接頭存在軟化區(qū)。

2.4 6063鋁合金焊接接頭軟化的原因與改進(jìn)措施

6063鋁合金焊接接頭之所以出現(xiàn)軟化的現(xiàn)象，其原因主要有:

第一，6063鋁合金可采用熱處理的方式對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化。焊接過(guò)程中，受焊接高溫影響，接頭不同區(qū)域受熱與冷卻方式不同，熱影響區(qū)顯微組織中的強(qiáng)化相會(huì)發(fā)生脫溶反應(yīng)，逐漸析出并且聚集在一起，使強(qiáng)化效果消失，形成“過(guò)時(shí)效”軟化，導(dǎo)致接頭力學(xué)性能顯著降低。

第二，接頭組織中的氣孔、夾雜等缺陷形成薄弱區(qū)。生產(chǎn)實(shí)踐表明:6063鋁合金在焊接時(shí)，焊縫金屬在凝固過(guò)程中，如果氣體沒(méi)有及時(shí)從液態(tài)金屬排出，就十分容易形成空穴或者氣孔，進(jìn)而影響接頭性能。

綜上，可以采取以下措施改進(jìn)6063鋁合金焊接接頭的性能。

第一，改變焊絲成分，在滿(mǎn)足使用條件的前提下，選擇性能更優(yōu)的焊絲;

第二，焊接接頭進(jìn)行熱處理(如接頭時(shí)效處理);

第三，從力學(xué)角度考慮，采用擠壓強(qiáng)化、錘擊強(qiáng)化、溫差拉伸等方法。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，多采用熱處理的方式來(lái)改進(jìn)6063鋁合金焊接接頭性能。

3 結(jié)論 

(1) 6063鋁合金焊接接頭不同區(qū)域的顯微組織不同，且接頭存在軟化區(qū)，并且硬度實(shí)驗(yàn)和拉伸實(shí)驗(yàn)均表明:軟化區(qū)距離融合線(xiàn)的距離約為6mm

(2)6063鋁合金焊接接頭軟化的原因主要是“過(guò)時(shí)效”或焊接缺陷，故改進(jìn)6063鋁合金焊接接頭的措施很多.既可以從接頭成分上改進(jìn).也可采取熱處理等其它方式進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)際生產(chǎn)中多采用熱處理的方式改進(jìn)接頭性能。

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