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6061铝合金管超声波接头组织焊接性能分析

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【】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、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较佳工艺参数,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,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℃.    后材料退火温度:415℃。