摘要
铝合金因独特的物理化学性能，被广泛应用于汽车、船舶、航空、航天等领域。然而，铝合金在焊接成形后，接头因热输入出现“软化”现象，导致力学性能严重下降，限制了实际应用。目前，研究主要采用焊后热处理和焊后塑性变形强化等手段来改善铝合金焊接接头的“软化”现象，其中，采用焊后轧制的塑性变形强化方式主要应用于搅拌摩擦焊中。但是，由于搅拌摩擦焊的接头未出现余高，在轧制过程中母材和焊缝处是同时轧制，焊缝区域的塑性变形对热影响区与母材的微观组织及力学性能的影响没有针对性研究。不同于搅拌摩擦焊，MIG焊接接头存在余高，且MIG焊具有熔深大、焊接效率高、能实现自动化生产的优势。因此，本文采用焊后余高轧制的实验方法对铝合金MIG焊接接头的微观组织与力学性能进行了研究。该领域的研究对提升铝合金MIG焊接接头的性能、拓展铝合金的应用具有重要意义。 首先对6061铝合金进行了MIG焊接实验，研究了焊接电流变化对接头显微组织与力学性能的影响规律，得出了最优焊接参数。然后对同种 (6061) 和异种 (6061、5083) 铝合金进行了焊后余高轧制实验，并利用光学显微镜 (OM)、扫描电子显微镜 (SEM)、X 射线衍射 (XRD)、背散射电子衍射 (EBSD) 和室温拉伸等测试方法，探究了余高轧制压下量对接头显微组织与力学性能的影响，得到如下结论： (1) 采用脉冲电流焊接 6061 铝合金形成的接头，熔宽较窄、余高均匀连续、焊缝表面为鱼鳞状。随着脉冲电流的增大，接头热输入增加，焊缝区组织被细化，且产生晶间液化的共晶组织增多，形成固溶区的宽度也逐渐增大。当脉冲电流为 160 A 时，接头的力学性能最优，平均硬度为 68.6 HV，抗拉强度为 193.6 MPa，相较于连续电流形成的接头，二者分别提高了8.5%和17.2%。拉伸断裂位置发生在接头的热影响区，断裂模式为韧性断裂。 (2) 对 6061 同种铝合金焊接接头的余高轧制发现，随轧制压下量的增加，焊缝区的晶粒被压扁且发生细化，热影响区的晶粒受到来自焊缝的横向挤压力，发生扭转变形和紧密排列。随着轧制压下量的增加，焊缝中气孔被周围组织填充，直至发生闭合，导致气孔率和气孔直径减小；同时，焊缝中位错密度增大。余高轧制可显著提升 6061 同种铝合金接头的力学性能，压下量从0% (焊接态) 增加到60%时，焊缝区硬度提高了29.6%，热影响区硬度提高了 9.3%；接头的抗拉强度从 198.5 MPa 升高至 233.1 MPa，提高了17.4%；不同轧制压下量的接头断裂位置均发生在热影响区，断裂模式为韧性断裂。 (3) 对 6061/5083 异种铝合金焊接接头的余高轧制发现，随轧制压下量的增加，焊缝区的组织呈扁平的纤维状，两侧的固溶区宽度呈减小趋势，由于 6061 铝合金的热影响区存在大量第二相，对晶界滑移起钉扎作用，导致了6061侧固溶区比5083侧固溶区 变窄程度小。余高轧制后接头处未发生动态再结晶，焊缝区和热影响区主要为变形晶粒，焊缝区的变形程度大于热影响区，其位错密度更高。轧制压下量为 100%的接头焊缝区出现了旋转立方剪切{011}＜110＞织构，其主要织构为Goss{011}＜100＞织构，织构强度为10.50。热影响区受到来自焊缝区的横向挤压力，形成的主要织构是Cube{001}＜100＞织构，织构强度为12.67。余高轧制能有效提升6061/5083异种铝合金接头的力学性能，压下量从0% (焊接态) 增加到 100%时，焊缝区的硬度提高了 43.2%，5083 侧和 6061 侧热影响区硬度分别提高了22.7%和39.1%；接头的抗拉强度从199.9 MPa升高至230.1 MPa，提高了15.1%。试样断裂位置从5083侧热影响区转移到5083母材处，断裂模式由韧性断裂转变为混合断裂。
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