【摘要】：2A12屬于中高強Al-Cu-Mg系合金,是可進(jìn)行熱處理強化的硬鋁合金,目前在飛機蒙皮、隔框、翼肋、壁板等均得到廣泛應(yīng)用,電子束焊接可以獲得高質(zhì)量的鋁合金焊接接頭。本文采用電子束焊接25mm厚鋁合金,研究了不同工藝下接頭成形、組織及力學(xué)性能,最終獲得較優(yōu)的厚板鋁合金焊接工藝。試驗過程中發(fā)現(xiàn),2A12鋁合金中合金元素劇烈蒸發(fā),焊接過程極不穩(wěn)定,焊后接頭表面下塌現(xiàn)象嚴(yán)重。采用掃描工藝以及焊后修飾焊接可顯著改善焊縫表面成形,提高接頭質(zhì)量。焊縫底部易存在縮松、冷隔、釘尖等缺陷,止口結(jié)構(gòu)接頭可將此類缺陷引入止口中。2A12鋁合金母材主要強化相為Al2Cu Mg,焊縫組織主要強化相為Al2Cu Mg和Al2Cu。焊縫液態(tài)金屬非平衡凝固結(jié)晶過程中,溶質(zhì)元素Cu、Mg以及雜質(zhì)元素向晶界處聚集,在晶界處形成初生第二相和共晶相。提高焊接速度可增加先凝固的基體中溶質(zhì)含量,從而使得晶界溶質(zhì)元素含量下降,減少晶界共晶相的生成。普通焊接條件下,焊縫內(nèi)晶粒結(jié)晶過程存在一定擇優(yōu)生長;加入熔池掃描攪拌后,焊縫內(nèi)晶粒分布均勻無明顯擇優(yōu)取向,而且焊縫中小角晶界所占比例明顯增多,有利于半共格過渡相析出。在一定范圍內(nèi),適當(dāng)提高焊速或者加入熔池掃描攪拌工藝能夠顯著提高焊縫組織均勻性、細(xì)化晶粒、減少晶界共晶組織和增加半共格過渡相。對焊后接頭進(jìn)行力學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn),接頭熱影響區(qū)未發(fā)生軟化,接頭均斷裂在熔合區(qū),斷口呈脆性沿晶-延性韌窩混合斷裂特征,在本試驗中,隨著焊速增加及掃描工藝加入,接頭強度隨之增加,最高可達(dá)383MPa,滿足工程使用要求。針對工藝優(yōu)化后焊縫中氣孔數(shù)量減少的現(xiàn)象,建立了固-液-氣三相轉(zhuǎn)變的鋁合金電子束焊接三維瞬態(tài)模型,進(jìn)行匙孔穩(wěn)定性及熔池流動分析,模擬計算結(jié)果表明,隨著焊接速度的增加,熔池后壁面斜度增加,匙孔較為穩(wěn)定,減少了包裹金屬蒸汽空腔,熔池邊緣金屬流向匙孔附近,與匙孔壁面附近液態(tài)金屬匯合,在金屬蒸汽作用下由底部向熔池表面流動,有利于氣泡逃逸,減少氣孔缺陷。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文。小孔的不穩(wěn)定和熔池液態(tài)金屬的不斷震動將會加劇冶金型氣孔缺陷許良紅[23]對高強鋁合金 2519-T87 分別進(jìn)行激光和 MIG 焊接，對比之間的組織及力學(xué)性能變化。結(jié)果表明：采用激光焊時，焊縫區(qū)晶小，晶界共晶相數(shù)量減少，而對于 MIG 焊，晶粒較為粗大，而且共多并以網(wǎng)絡(luò)狀分布在晶界。除此之外，對焊后接頭時效處理后，與接頭相比，激光焊接接頭中，析出相 θ 尺寸較小且均勻分布在焊縫

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文接高溫作用下第二相粒子（強化相）脫溶析出不斷長大，形成“過時效果，使得強化效果消失，發(fā)生“過時效”軟化。為了解決鋁合金接頭軟化，對 5A06 鋁合金 MIG 焊焊接接頭進(jìn)行深冷處理，將其拉伸試樣從室溫降至-155℃，保溫 4h 后，5A06 鋁合金焊接接頭抗拉強度提高了 15.25縫區(qū)晶粒得到細(xì)化，第二相在基體中彌散析出。王亞榮等[39]發(fā)現(xiàn) 2A14 鋁合金電子束焊接接頭強度及硬度較母材相比定程度的下降。為了改善接頭強度，對 2A14 鋁合金焊接接頭進(jìn)行焊后理，，熱處理工藝如下：退火（380℃）→爐冷（60-90min）→固溶（498min）→人工時效（155℃、6h）。對熱處理后接頭進(jìn)行組織及力學(xué)性能，如圖 1-2 所示，焊縫內(nèi)部組織均勻分布，晶界分布的網(wǎng)狀共晶組織的溶解，焊縫內(nèi)部彌散分布著大量的強化相，焊縫處的強度硬度都有顯著，焊縫的拉伸強度達(dá)到 465MPa。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG457.14

【參考文獻(xiàn)】

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3 孟媛媛;任瑞晨;張乾偉;秦海峰;孟亞雯;;焊接電流對2A12鋁合金接頭組織及性能的影響[J];金屬熱處理;2014年04期

4 黎碩;王軍;楊上陸;王春明;胡席遠(yuǎn);陳志春;唐舵;;鋁合金激光-MIG復(fù)合焊接氣孔缺陷研究[J];應(yīng)用激光;2013年06期

5 姬生星;周友龍;曾菲圓;田博;;2A12鋁合金攪拌摩擦焊工藝性能研究[J];焊接技術(shù);2013年11期

6 王艷芳;趙征;楊兵兵;;鋁合金厚板電子束焊工藝優(yōu)化研究[J];熱加工工藝;2013年17期

7 王亞榮;黃文榮;莫仲海;余洋;;2A14高強鋁合金電子束焊接頭缺陷分析[J];焊接學(xué)報;2013年03期

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9 喬及森;余江瑞;茍寧年;袁小二;;微觀組織對2A12鋁合金熔焊接頭力學(xué)性能的影響[J];焊接學(xué)報;2011年09期

10 謝業(yè)東;農(nóng)琪;;焊后熱處理對6061鋁合金焊接接頭微觀組織與力學(xué)性能的影響[J];熱加工工藝;2011年15期

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本文編號：2585438