【摘 要】
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6系铝合金良好的导电性被期待代替5系铝合金用于GIL管道外壳。外壳尺寸大成形困难,需采用螺旋焊管双面成形。但螺旋焊管限制其无法采用双轴肩搅拌摩擦焊,目前主要探索双极头同步施焊的焊接方式。本文以6063铝合金在GIL管道外壳螺旋焊管搅拌摩擦焊接双面成形工艺研发为背景需求,开展6063-T6铝合金搅拌摩擦焊工艺试验、力学性能研究等工作,分析6063铝合金析出相演变规律,接头的疲劳性能,为6063铝合金
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6系铝合金良好的导电性被期待代替5系铝合金用于GIL管道外壳。外壳尺寸大成形困难,需采用螺旋焊管双面成形。但螺旋焊管限制其无法采用双轴肩搅拌摩擦焊,目前主要探索双极头同步施焊的焊接方式。本文以6063铝合金在GIL管道外壳螺旋焊管搅拌摩擦焊接双面成形工艺研发为背景需求,开展6063-T6铝合金搅拌摩擦焊工艺试验、力学性能研究等工作,分析6063铝合金析出相演变规律,接头的疲劳性能,为6063铝合金在GIL管道外壳的应用提供技术支持。本文通过前期预试验及12组10 mm厚6063-T6铝合金搅拌摩擦对接焊对照实验获得最佳工艺参数,观察焊接过程中产生的“S”线、洋葱环、弱连接等宏观形貌的分布规律。通过显微组织观察发现:搅拌摩擦焊接头焊核区为细小等轴晶,轴肩影响区晶粒尺寸大于中心,单面焊接头晶粒尺寸大于双面焊。力学性能试验结果表明随焊接速度增大接头整体力学性能呈先增大后减小趋势;双面焊接头力学性能始终优于单面焊接头。6063-T6铝合金焊接接头显微分布表明:焊接过程中由于金属塑性流动不均匀和温度分布差异,接头各区域强化相分布存在差异。母材微观组织主要由α-Al相、Al Fe Si相和β″相构成,β″相强度贡献最明显;焊核区与热机械影响区内的β″相消失但存在大量高密度位错网以及点状GP区;热影响区强化相主要为β′相。前进侧相较于后退侧热影响区发生更严重的β′相粗化,导致前进侧硬度更低,同时焊核区从前进侧到后退侧,内部位错密度逐渐降低。采用升降法获得6063-T6铝合金母材、搅拌摩擦焊双面焊接头与单面焊接头在疲劳寿命为N=1×10~7次的疲劳极限,分别为120.8 MPa,91.8 MPa及76.3 MPa。对比疲劳应力-循环次数曲线（S-N曲线）发现:低周疲劳时,双面焊与单面焊工艺的疲劳强度差异较大;高周疲劳时,两者的疲劳强度差异逐渐缩小;但双面焊接头相较于单面焊接头始终具有更高的抗疲劳断裂能力。对比6063-T6铝合金搅拌摩擦焊双面焊接头、单面焊接头及母材的应力强度因子-裂纹扩展速率曲线（（35）K-da/d N曲线）发现:在同样的应力强度因子幅值下,6063-T6铝合金母材的疲劳裂纹扩展速率较高,抗疲劳性能较差;焊缝区域抗疲劳裂纹扩展能力最优。单面焊接头焊缝与热影响区（35）K-da/d N曲线斜率明显大于双面焊的相应区域。
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