6061-T6铝合金激光焊接头组织性能及热力耦合研究

【摘要】：目前,随着人们环保节能意识逐渐提高,轻型汽车已成为世界汽车发展的趋势。轻型汽车即指汽车轻量化。铝合金密度低,比强度高,储量丰富,是汽车轻量化的首选材料。然而铝合金激光焊中下塌,气孔等不可避免的焊接缺陷仍是试验与工程难题。因此,研究铝合金激光焊工艺参数对焊缝性能的影响具有重要的现实价值。本文以4mm厚的6061-T6铝合金作为研究对象,通过对其激光焊接头宏观形貌、微观特征、力学性能、腐蚀性能等的检测,以及采用ABAQUS软件对其焊接温度场及应力场的模拟分析,得到如下结论:激光自熔焊试验中,激光焊工艺参数对6061-T6铝合金焊缝宏观形貌有显著影响。适当的离焦量(Af),激光功率(P)和焊接速度(v)可以显著降低焊缝中的气孔率。最优工艺参数为:P=4.8kW,△f=-1mm,v=30mm/s。熔合线附近为柱状晶体结构,生长方向垂直于熔合线。焊缝中心是细小的等轴晶和树枝状结构,晶粒尺寸细小且与母材尺寸相差明显。虽然激光能量集中,但加热速度快,冷却速度快的特点,使得铝合金激光焊的热影响区很窄。X射线衍射和扫描电镜分析的结果表明,6061-T6铝合金激光焊焊缝区域中存在明显偏析。6061-T6铝合金激光焊接头的显微硬度分布曲线整体趋势接近于“U”形,其中,焊缝中心硬度较低。拉伸试验中,试样断裂位置均处于焊缝区,焊接接头的抗拉强度最高可达到母材抗拉强度的71.5%。断口呈现45°开裂,断裂类型属于准解理断裂。极化曲线测定结果表明,激光自熔焊焊缝的耐蚀性优于激光-MIG复合焊焊缝。激光自熔焊模拟试验中,温度场模拟输出的各特征点的热循环曲线,与通过无纸记录仪记录的试验测得的温度曲线基本吻合,表明了热源模型的正确性。各特征点均经历了升温至峰值温度而后降至室温的过程。激光自熔焊模拟试验中,改变模拟输出为应力应变,得到焊缝冷却之后的应力云图。焊接过程刚开始稳定时,提取垂直于焊缝方向焊缝中心、热影响区及远离焊缝中心三个特征点的应力应变输出,得出上述三个特征点在加热过程中焊缝中心点纵向应力是压应力,远离焊缝中心区域纵向应力是拉应力。当焊件逐渐冷却,各点的应力值趋于某一稳定值。