AA6063铝合金填充材料摩擦搅拌点焊接头在焊接后热处理下的冶金响应

《Welding in the World》：Metallurgical response of AA6063 refill friction stir spot welded joints to post-weld heat treatments

本研究分析AA6063铝合金通过再填充摩擦搅拌点焊（RFSSW）制备的接头经后焊接热处理（PWHT）的冶金响应。人工时效（AA）使接头峰值载荷提升15.87%（4.60kN），位移增加92.86%（1.08mm）；STAA处理进一步将位移提升332.14%（2.42mm）。显微硬度显示搅拌区（67-80HV）因剧烈塑性变形和局部高温（435℃）形成高硬度区，热机械影响区（TMAZ）和热影响区（HAZ）硬度分别降至62HV和57HV。热处理显著改善低位移（0.1mm）下的疲劳寿命（AA/STAA均超5万次），但高载荷（2.5kN）时热处理反而降低疲劳性能。断口分析表明原始接头存在薄弱界面和低延展性，而热处理提升了塑性变形能力，裂纹模式由界面断裂转为 nugget pullout断裂。

　　

摘要

本研究探讨了采用填充式摩擦搅拌点焊（RFSSW）制造的AA6063接头在焊后热处理（PWHT）下的冶金响应。采用了两种焊后热处理方法：人工时效（AA）和先进行固溶处理后进行人工时效（STAA）。与焊接态（AW）相比，人工时效处理显著提高了接头强度，峰值载荷提高了15.87%（达到4.60 kN），位移增加了92.86%（达到1.08 mm）（AW条件下的峰值载荷为3.97 kN，位移为0.56 mm）。STAA处理进一步增强了材料的延展性，位移增加了332.14%（达到2.42 mm）。显微硬度测试结果显示，搅拌区（SZ）的硬度峰值在67至80 HV之间，这归因于严重的塑性变形和局部温度达到435°C；而热机械影响区（TMAZ）和热影响区（HAZ）的硬度较低（分别为62 HV和57 HV），反映了较低的应变和热影响。焊后热处理显著提高了疲劳耐久性，尤其是在低位移（0.1 mm）条件下，AA和STAA处理后的样品均超过了50,000次循环，远超过AW样品的2,506次循环。然而，在受控载荷条件下（2.5 kN），焊后热处理对疲劳寿命产生了不利影响，AW样品的疲劳寿命最高。相比之下，STAA处理的接头具有更好的延展性，尽管其疲劳寿命相对较短，但仍是一种适用于需要较高变形容忍度的应用的有前景的选择。断口分析证实，AW结构的接头存在界面结合强度弱和延展性有限的问题，导致提前失效；而焊后热处理改善了材料的塑性，使断裂模式转变为 nugget pullout（块状拔出断裂）。