1自然时效 室温放置96h，
2人工时效185~195℃保温 6~12小时，空冷

分级时效：
第一步：100~130℃保温1-4h, 形成GP区 第二步：185~195℃时效8-9h，析出沉淀相

分级时效的优点：
先在一个较低的温度获得 高浓度 G.P. 区，然后再较高的温 度下获得 均匀的沉淀相， 提高组织的均匀性。
参考文献
[1]李生朋. 铝合金薄板搅拌摩擦焊焊接变形机理与控制 [D]. 中南大学, 2011.
[2]李兵 . 6063铝合金薄板搅拌摩擦焊接工艺及机理的研究 [D].东北大学, 2009. [3]胡尊艳. 焊后时效对6061-T6铝合金搅拌摩擦焊接头组织 和性能的影响[D].北京交通大学, 2008.

热影响区 : 温度不足以使沉淀相溶解，沉淀相发生粗 化。 热机械影响区：温度达到固溶温度，部分沉淀相粗化， 部分溶解，在后续的冷却过程中有少量细小沉淀析出 中心


焊核区：沉淀相完全溶解， 冷却过程中，沉淀相优 先在位错和晶界处析出，分布不均匀
五、解决方案

焊缝后续热处理 一 二 三 350~370℃保温30到120min 去应力退火 固溶处理 ：加热到490~505℃， 然后水冷。 时效 ：
[4]周德生. 铝合金搅拌摩擦焊构件时效成形研究[D]. 南昌 航空大学, 2011.
[5]王海艳. 6061铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能研究 [D]. 华南理工大学, 2010.
一、背景介绍
铝合金焊接性:
1、焊接变形 2、焊接裂纹问题 3、焊接接头软化 4、气孔
与传统熔化焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有接头宏观形 貌良好、焊后残余应力和变形较小、焊缝性能良好；焊接 时无烟尘、无辐射；焊接过程中不需焊丝填充、不需气体 保护，比较节省成本，最大程度上缓解了因热输入过大导 致的铝合金焊接接头发生的“软化”及裂纹、气孔等严重 缺陷，因此搅拌摩擦焊特别适合于铝合金的连接。
具体步骤
1、将铝合金进行清洗去除表面的油污，进行装夹 2、设置搅拌针转速、焊速及下压量等参数，进行焊接 3、在焊好的试件上切片，制备试样 4、观察金相组织及测试力学性能
三、焊缝性能检测
a
b
c
d
a）母材
焊缝截面金相组织 b）焊核区 c）热机械影响区
d）热影响区
三、焊缝性能检测

拉伸性能
当FSW 接头受拉伸载荷时，接头的断裂位置多数出现在后 退侧热影响区，如图所示，而不是出现在焊核区。
而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，
称自然时效 ，也可以在高于室温的某一温度范围 （ 如 100~200℃）内发生，称人工时效。
一、背景介绍
时效原理：

合金元素在铝中有较大固溶度且随温度降低急剧减小 ,通 过在水中淬火,可以得到过饱和铝基固溶体 时效强化是通过第二相的沉淀析出来实现的。 Mg 2 Si 相是 Al-Mg-Si系合金的主要强化相 ,它的尺寸和形状对合金性 能影响很大。 在淬火时，由于冷却快，这些空位来不及移出，便被“固 定”在晶体内。这些在过饱和固溶体内的空位大多与溶质 原子结合在一起。由于过饱和固溶体处于不稳定状态，必 然向平衡状态转变，空位的存在，加速了溶质原子的扩散 速度，因而加速了溶质原子的偏聚。
6061-T6铝合金化学成分（Wt%）
6061-T6铝合金力学性能
一、背景介绍
时效原理：

铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非 但没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置 一段时间（如4~6昼夜后），强度和硬度会显著提高，而 塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长
FSW焊后试样拉伸测试
断口形貌
三、焊缝性能检测

显微硬度测试
四、原因分析
1、残余应力的存在 2、强化相的溶解
四、原因分析
1、残余应力
根本原因 :焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束， 不能自由膨胀和收缩。
纵向残余应力σ x的分布
四、原因分析
残余应力对焊件的影响
1、对焊件强度的影响。如果存在过大 的焊接残余应力,则将使焊件的静载强
二、工艺过程
材料及设备
试样材料：6061-T6铝合金 （ T6 - 固溶热处理后进行人 工时效的状态） 试样尺寸：300*150*6mm
设备：大型悬臂式数控搅拌摩 擦焊设备
搅拌头尺寸：轴肩直径 18mm , 搅拌针直径4mm,长度 5.75mm , 倾斜角度为 2º ，搅 拌头采用螺纹结构。
二、工艺过程
一、背景介绍
6061-T6铝合金搅拌摩擦焊
6061-T6铝合金为 Al-Mg-Si系热处理可强化铝合金 , 具有 中等强度、良好的塑韧性、良好的耐蚀性、可焊性和挤压 性能好等优点,广泛用于要求有一定强度和抗腐蚀性高的 各种工业结构件,在铁道车辆方面,主要用于制造车体侧墙 和壁板以及对焊接性能要求较高的零部件 , 因此需要用搅 拌摩擦焊来提高其焊接接头的性能。
度降低当焊件受到循环应力作用,如果
焊接残余应力存在于应力集中处,则将 使焊件的疲劳强度降低。 2、对焊件刚度的影响。如果焊接残余 应力与焊件所受外载应力相叠加,则可 能导焊件局部应力超过屈服极限,出现 局部塑性变形,降低焊件的刚度。
4、对耐腐蚀性的影响。可能会出现疲
劳腐蚀开裂。
四、原因分析
2、强化相溶解
2015
6061-T6铝合金FSW焊缝 性能研究
目录

一、背景介绍
二、工艺过程 三、焊缝性能分析 四、焊缝失效原因 五、解决方案




一、背景介绍
搅拌摩擦焊（FSW）
搅拌摩擦焊是一种固态连接技术。搅拌 针逐渐插入待焊工件中 , 搅拌头与轴
肩与待焊工件由于摩擦剪金属微粒达到热塑性状态 , 然后再随着搅拌头向前的移动 , 由于 搅拌头对热塑性状态的金属微粒的搅 拌作用 , 前进侧金属微粒随着搅拌头 一起旋转流入返回侧 , 并沉积下来， 返回侧金属微粒不随搅拌头一起流动 , 在流动金属与母材的挤压作用下进入 前进侧,实现待焊工件的固相连接。


一、背景介绍

铝合金根据主要合金元素的不同可以分成 8 个系别，其中 只有1系、2系、6系、7系可以通过热处理方式来进行强化。 对于可热处理的铝合金则有自然时效和人工时效两种方式， 根据时效方式和效果的不同又分成了 7个等级，用T1~T7表 示，其中T4和T6最为常见。


铝合金T6处理是固溶处理加人工时效处理，不同成分的铝 合金只要热处理是固溶处理加人工时效处理就可以称为 T6 处理，表明其热处理状态。铝合金铸件T6热处理工艺程序： 加热-保温-淬火-时效。