摘 要

铝合金是生活中非常常见的有色金属。其中6061铝合金又是使用非常广泛的一种，虽然其强度比2系或7系低，但其镁、硅合金特性多，具有加工性能极佳、良好的抗腐蚀性、优良的焊接及电镀性等优良特点。而且其韧性高，加工后不变形。新能源汽车就结合了其优良性能，电池盒使用了该种材料，在满足使用的情况下，减轻了车身的重量，提高了燃油经济性，减少了行驶过程中的尾气排量，迎合了工业发展绿色、环保的理念。

铝合金常用的焊接方法有TIG焊、MIG焊、激光焊、搅拌摩擦焊等，但CMT焊接技术作为一种新开发的焊接技术，非常适合铝合金的焊接。本文利用CMT焊接技术对4mm的6061铝合金进行焊接实验，采用拉伸和金相显微镜等实验方法对焊接接头进行性能分析。

经过大量预实验，选择了合适、合理的工艺参数：焊接速度100cm/min，电流160A，弧长修正系数0，保护气体Ar的气流量为15L/min。焊丝选择ER5183，直径为1.2mm。由于CMT焊接是近年来才广泛运用于生产，在国内外较少有系统的文献和理论成果来保障该技术运用于生产，细分到6061铝合金CMT焊接就更是寥寥无几，所以这个课题的研究对未来CMT技术更好的应用于汽车及其他领域有着重要的意义。

关键词：6061铝合金；CMT焊接；焊接工艺；接头性能

Abstract

Aluminum is a very common non-ferrous metal in life. 6061 aluminum alloy which is the use of a very wide range, although its strength can not be compared with the 2 or 7 series, but its magnesium, silicon alloy characteristics, with excellent processing performance, good corrosion resistance, excellent welding As well as electroplating, high toughness and deformation after processing and other fine features. New energy vehicles to combine its excellent performance, the use of the battery box of the material, to meet the use of the circumstances, reducing the weight of the body to improve the fuel economy, reducing the exhaust process in the process of running, to meet the industry The development of green, environmental protection concept.

Connection of aluminum alloy welding methods are TIG welding, MIG welding, friction stir welding, but CMT welding technology as a newly developed technology, very suitable for aluminum alloy welding. In this paper, the welding experiment of 4mm 6061 aluminum alloy was carried out by CMT welding technique. The performance of the welded joint was analyzed by tensile and metallographic microscope.

After a large number of pre-experiments, select the appropriate and reasonable process parameters: welding speed 100cm / min, current 160A, arc length correction coefficient 0, shielding gas Ar flow rate of 15L / min. Wire selection ER5183, diameter 1.2mm. Because CMT welding is widely used in production in recent years, at home and abroad less systematic literature and theoretical results to protect the technology used in the production, subdivided into 6061 aluminum alloy CMT welding is even very few, so this topic Research on the future of CMT technology better applied to the automotive and other areas of great significance.

Key Words：6061 aluminum alloy; CMT welding; welding process; Connector performance

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章 绪论 1

1.1 研究意义及目的 1

1.2 铝合金焊接特点及难点 1

1.5 主要研究内容 2

第2章 铝合金目前连接技术概况 3

2.1 钨极惰性气体保护电弧焊（TIG） 3

2.2 熔化极惰性气体保护电弧焊（MIG） 4

2.3 激光焊 5

2.4 搅拌摩擦焊（FSW） 6

2.5 CMT焊接工艺介绍 7

第3章 实验材料和设备 10

3.1 实验材料 10

3.2 实验焊接设备 10

第4章 实验方法 15

4.1 试样预处理 15

4.2 焊接实验 15

4.3 分析测试方法 16

4.3.1 观察金相显微组织 16

4.3.2 拉伸实验 16

第5章 铝合金焊接工艺及接头性能分析 18

5.1 CMT焊接基本工艺参数确定 18

5.1.1 预实验的工艺参数及焊后实验数据 18

5.1.2 对接实验工艺参数确定 20

5.2 接头的微观组织分析 20

5.3 力学性能 21

第6章 铝合金焊接缺陷 25

6.1 气孔 25

6.2 热影响区软化 25

6.3 焊接热裂纹 26

第7章 结论与展望 27

7.1 结论 27

7.2 展望 27

参考文献 28

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 研究意义及目的

绿色、环保是现代工业发展的风向标。其中，新能源汽车是近年来国家重点支持对象，而减轻车身重量又是汽车节能减排的重要途径。6061铝合金作为典型的铝合金是新能源汽车电池盒的理想轻型材料，虽然强度比2系或7系低，但镁、硅合金特性多，具有加工性能极佳、良好的抗腐蚀性、优良的焊接及电镀性等优良特点。而且其韧性高，加工后不变形。新能源汽车结合其优良性能，电池盒使用了该种材料，在满足使用的情况下，减轻了车身的重量，提高了使用经济性。燃油汽车车身构件使用铝合金可以减少行驶过程中的尾气排量，减少空气污染，迎合工业发展绿色、环保的理念[^[1]]。

电池盒采用CMT焊接技术将6061铝合金焊接而成，CMT焊接的焊接工艺和接头性能是保障该电池盒能正常使用的基本条件，因此6061铝合金CMT焊接的焊接工艺及其接头性能的研究具有深远的意义。目前，已有较多的学者研究CMT焊接技术焊接铝合金/各种异种金属，如钛、热挤压钢等，并且运用于多个领域，如船舶、飞机、高速列车、新能源汽车等[²]。但由于CMT焊接是近年来才广泛运用于生产，在国内外较少有系统的文献和理论成果来保障该技术运用于生产，细分到6061铝合金CMT焊接的就更是寥寥无几，所以这个课题的研究对未来CMT技术更好的应用于汽车及其他领域有着重要的意义。

1.2 铝合金焊接特点及难点

铝合金是现代工业应用最广泛的有色金属结构材料之一，在生活和工业生产中已有大量使用。工业经济快速发展，随着不断增多的铝合金焊接结构件的需求，铝合金的焊接性研究也随之增加。铝合金重量轻、成形性好、比强度高、耐腐蚀性能好、低温性能好，被广泛地用在各种焊接结构产品中，用铝合金代替钢板焊接，结构重量减轻程度可达50%以上。其焊接的主要难点如下：

1. 铝的亲氧能力强，铝和铝合金在空气中易与氧气反应生成一层难熔的氧化铝膜，远高于铝的熔点，这层氧化铝膜不溶于金属，并且阻碍熔融金属被填充。焊接时就必须采用大功率密度的焊接工艺。
2. 铝及铝合金的固态和液态颜色不容易区分，焊接操作时很难控制；且在温度高时强度很低，容易引起焊接接头处金属塌陷。
3. 易产生气孔。氢是造成铝及铝合金焊接时产生气孔的主要原因，液态铝可溶解很多的氢，而固态铝溶解氧却几乎不溶解氢，焊接时，在快速冷却凝固的熔池中，氢来不及析出，在焊缝中聚集形成气孔^[3]。目前在焊接时氢气孔难以完全消除，主要是氢存在的地方多，如电弧焊气氛中跑入空气中的氢，母材表面吸附空气中的水等。
4. 铝的导热系数和线膨胀系数大。分别约为钢的4倍和2倍。因而，在焊接铝或铝合金时，耗费的热量比焊钢多，也易造成焊接变形。
5. 合金元素的焊接损失。铝合金中含的元素锰、镁等沸点很低，在高温电弧作用下，容易发生烧损现象，使焊缝金属的化学成分发生改变，降低焊缝性能。
6. 铝合金焊接接头软化现象严重，焊接接头系数低。对于生产常用的热处理强化型铝合金，焊接时经历很大的热循环，热影响区有明显的强度退化，这也是阻碍铝合金发展的最大障碍。

1.5 主要研究内容

本次实验以武汉艾森威尔科技有限公司为平台，主要利用先进的CMT焊接技术焊接厚度均为4mm的6061铝合金板，并且采用对接的接头形式焊接。具体实验研究内容如下：

1. 利用CMT焊接方法，使用ER5183焊丝，设置系列的梯度参数焊接6061铝板，统计每种参数下的余高、熔深、熔宽，选择适合的、表面成型美观的焊接参数。
2. 根据选择的焊接参数，使用ER5183焊丝并采用对接的接头形式焊接4mm厚的6061铝板，焊接时经过处理使得焊缝金属尽量多的焊丝成分，得到焊件，线切割出合适的尺寸，进行拉伸实验。
3. 利用金相显微镜，观察焊接接头微观组织形貌特征，分析各区域的主要相组成和最大特点。
4. 发现焊接过程中出现的焊接缺陷，分析产生该缺陷的原因及焊接时应进行的处理方法以避免或减少缺陷的产生。

第2章 铝合金目前连接技术概况

铝合金具有较好的焊接性和加工性，可以用常规的熔焊方法进行焊接，但由于其自身特性，焊接时应采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度快的焊接工艺。就本次实验介绍几种典型的焊接方法，并简要分析其焊接铝合金的优缺点。

2.1 钨极惰性气体保护电弧焊（TIG）

图2.1 钨极惰性气体保护电弧焊示意图[⁴]