6061鋁管具有中等強度、耐腐蝕、加工性能好、可焊接性強等優點，已廣泛用于功能和結構材料。國內外常采用傳統的焊接方法(如MIG、TIG等)對此類合金進行焊接，但所焊接的接頭強度不夠，且焊縫容易產生氣體、夾渣、裂紋等缺陷。超聲波焊接技術能夠實現傳統焊接方法難以焊接的鎂合金、鋁合金等低熔點材料的連接，再加上其節能、環保、操作簡便等突出優點。本文將詳細研究6061鋁合金進行超聲波焊接后的接頭顯微組織、表面形貌和力學性能，得到6061鋁合金超聲波焊接的最佳工藝參數，并分析鋁合金表面處理對其焊接性能的影響，以促進超聲波焊接這種先進的連接技術在輕質合金連接方面的應用。

　　

　　顯微組織中晶粒內化學成分不均的現象稱晶內偏析。

　　

　　晶內偏析的顯微組織特征是，浸蝕后的晶內呈水波紋狀的類似樹木年輪狀組織。晶粒內顯微硬度不同，晶界附近顯微硬度高，晶粒中心顯微硬度低。

　　

　　晶內偏析的存在，使晶粒內部的化學成分和鑄錠的組織極不均勻，使鑄錠的性能嚴重惡化，主要是：

　　

　　1)固溶體晶內偏析造成的化學成分不均勻性和出現的不平衡過剩相，使合金抵抗電化學腐蝕的穩定性降低。

　　

　　2)非平衡共晶或低熔組成物的出現使合金開始熔化溫度降低，使鑄錠在隨后的熱變形或淬火的加熱過程中容易產生局部過燒。

　　

　　3)晶內偏析不僅造成非平衡相出現和使第二相數量增加，而且，這些低熔相在晶枝周圍組成硬而脆的枝晶網絡，使鑄錠的塑性和加工性能急劇降低。

　　

　　4)由晶內偏析造成的化學成分不均勻性遺傳到半制品中，導致退火后在加工材中形成粗大晶粒。

　　

　　實驗選用0.3mm厚的6061鋁合金，試件尺寸為160mm×18mm×0.3mm。采用超聲波金屬點焊機對裁剪好的兩片鋁薄片進行焊接，其工作頻率為20kHz，振幅為35um，焊接壓力和焊接時間均可調，焊頭尺寸為8mm×8mm。焊接時間從40~140ms變化，氣缸壓強從0.1~0.6MPa變化。氣缸壓強與焊接壓力的關系為：焊接壓力=(氣缸面積/焊點面積)×氣缸壓強。本實驗設備中，焊點面積為88mm2，氣缸直徑為53mm，經換算得到焊接壓力為氣缸壓強的35倍，所以焊接壓力從3.5~21MPa變化。焊接試樣剝離測試采用CMT2520新三思微型機控制電子拉力試驗機，其加載速率為15mm/min，剝離測試按照結構膠黏劑測試標準進行。

　　

　　力學性能：

　　

　　抗拉強度σb(MPa)：215～355

　　

　　伸長率δ10(％)：12～17

　　

　　固溶處理溫度：500℃～510℃.

　　

　　冷加工材料退火范圍：340℃～350℃.

　　

　　熱處理后材料退火溫度：415℃。