Si、Zr对ER5356焊丝及焊接接头性能的影响

发布时间：2017-10-26 00:06

  本文关键词：Si、Zr对ER5356焊丝及焊接接头性能的影响

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【摘要】：铝及铝合金在近代工业尤其是高铁、汽车及舰船产业中的地位越来越显著,由于其较高的比强度、良好的加工性及高的性价比等优点,已成为交通工具轻量化的首选材料。5083铝合金广泛应用于高铁外板、补强板及舰船甲板等承载结构中,主要配用ER5356焊丝,但目前国产焊丝的加工性能较差,焊接接头的塑韧性较低,难以满足焊接要求。本文针对这一问题,以改善焊丝加工性及焊接性为目的,在优化了焊丝制备工艺的基础上,系统地研究了Si、Zr对ER5356焊丝及5083铝合金焊接接头组织、性能的影响,并对其作用机理进行了探讨。研究了Si元素在ER5356焊丝中的作用,发现Si含量不宜超过0.2wt.%,控制在0.12wt.%以内最佳。当Si含量高于0.12wt.%后,随着Si含量的增加,ER5356焊丝铸态合金组织中含硅粗大相增多,焊丝的抗拉性能下降,硬度不均匀性加剧,机械刮削后焊丝表面质量变差,焊接电流、电压波动较大,所得5083铝合金焊接接头的力学性能也显著下降;特别是当Si含量超过0.2wt.%后,ER5356焊丝铸态合金中含硅粗大相在晶界处富集,与α-Al基体构成鱼骨状共晶组织,所得5083铝合金焊缝组织中含硅粗大相较多且出现氢气孔,焊丝及其焊接接头的力学性能急剧恶化。微量元素Zr的添加可以细化ER5356焊丝铸态合金及5083铝合金焊缝的显微组织,分析认为适量Zr元素会与Al结合形成Al3Zr和Al3(Zr,Ti)颗粒,与Al3Ti颗粒一起作为异质形核核心,从而提高非均匀形核能力。当Zr的添加量为0.05~0.15wt.%时,晶粒细化效果明显,尤其在0.1wt.%附近时,达到最佳细化效果;当Zr的添加量达到0.2wt.%后,合金晶粒细化效果减弱,组织不均匀性加剧,主要因为过多的Zr会形成粗大板条状Al3Zr化合物以及造成钛变质剂“中毒”,减弱Zr、Ti的复合变质细化作用。微量元素Zr的添加可以改善ER5356焊丝及5083铝合金焊接接头的性能,随着Zr含量的增加,ER5356焊丝及焊接接头的抗拉性能先升高后降低,在0.1wt.%附近时出现峰值,此时焊接接头的抗拉强度及断后伸长率分别达305MPa和15.8%,比未添加Zr时分别高出6.3%和19.7%,拉伸断口韧窝细小均匀且最深,弯曲试样无裂纹产生,焊接接头的耐腐蚀性能也较好;同时,适量Zr的添加还能有效抑制接头软化,显著提高焊缝的显微硬度。当Zr的添加量达到0.2wt.%后,ER5356焊丝及焊接接头的抗拉性能下降明显,焊丝表面硬度不均性加剧,机械刮削后表面质量变差,焊接电流、电压波动较大,焊接接头的耐腐蚀性能也开始下降,可见过多的Zr对ER5356焊丝及焊接接头的性能并无益处。
【关键词】：ER5356焊丝 5083焊接接头 Si Zr 显微组织 力学性能 耐腐蚀性能
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG422.3;TG407
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-27
• 1.1 引言12-13
• 1.2 铝合金材料发展概况13-17
• 1.2.1 铝合金结构材料发展概况13-16
• 1.2.2 铝合金焊丝发展概况16-17
• 1.3 ER5356焊丝及5083铝合金研究现状17-20
• 1.3.1 ER5356焊丝研究现状17-18
• 1.3.2 5083铝合金研究现状18-20
• 1.4 ER5356焊丝与铝合金试板的焊接匹配性问题20-22
• 1.5 铝合金焊接时易产生的主要问题22-26
• 1.5.1 铝合金常用焊接方法22-24
• 1.5.2 铝合金焊接中存在的问题24-26
• 1.6 选题依据和研究内容26-27
• 第二章 试验方法与技术路线27-37
• 2.1 研究技术路线27-28
• 2.2 ER5356焊丝合金成分设计28-29
• 2.3 ER5356铝合金除氢工艺优化29-30
• 2.4 ER5356焊丝加工工艺优化及性能测试30-33
• 2.4.1 ER5356焊丝加工工艺优化30-32
• 2.4.2 焊丝表面质量检验32
• 2.4.3 焊丝松弛直径和弹性翘距检验32
• 2.4.4 焊丝力学性能测试32-33
• 2.5 焊接接头的制备及其性能测试33-36
• 2.5.1 5083铝合金焊接接头的制备33-34
• 2.5.2 焊接接头力学性能测试34-35
• 2.5.3 焊接接头耐腐蚀性能测试35-36
• 2.6 焊丝及焊接接头组织分析36-37
• 2.6.1 显微组织分析36
• 2.6.2 断口扫描及能谱分析36-37
• 第三章 Si对ER5356焊丝组织及性能的影响37-44
• 3.1 引言37
• 3.2 Si对ER5356焊丝铸态合金显微组织的影响37-39
• 3.3 Si对ER5356焊丝力学性能的影响39-42
• 3.3.1 Si对ER5356焊丝抗拉性能的影响39-41
• 3.3.2 Si对ER5356焊丝显微硬度的影响41-42
• 3.4 Si对ER5356焊丝机械刮削后表面质量的影响42-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 Zr对ER5356焊丝组织及性能的影响44-50
• 4.1 引言44
• 4.2 Zr对ER5356焊丝铸态合金显微组织的影响44-46
• 4.3 Zr对ER5356焊丝力学性能的影响46-48
• 4.3.1 Zr对ER5356焊丝抗拉性能的影响46-47
• 4.3.2 Zr对ER5356焊丝显微硬度的影响47-48
• 4.4 Zr对ER5356焊丝机械刮削后表面质量的影响48-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第五章 Si、Zr对5083铝合金焊接接头的影响50-68
• 5.1 引言50
• 5.2 Si对5083铝合金焊接接头的影响50-55
• 5.2.1 焊接电流、电压波动情况50-51
• 5.2.2 Si对5083铝合金焊缝显微组织的影响51-53
• 5.2.3 Si对5083铝合金焊接接头力学性能的影响53-54
• 5.2.4 Si对5083铝合金焊接接头拉伸断口形貌的影响54-55
• 5.3 Zr对5083铝合金焊接接头的影响55-66
• 5.3.1 焊接电流、电压波动情况55-56
• 5.3.2 Zr对5083铝合金焊缝显微组织的影响56-59
• 5.3.3 Zr对5083铝合金焊接接头力学性能的影响59-62
• 5.3.4 Zr对5083铝合金焊接接头拉伸断口形貌的影响62-64
• 5.3.5 耐腐蚀性试验64-66
• 5.4 本章小结66-68
• 第六章 结论68-70
• 参考文献70-75
• 致谢75-76
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文76

【参考文献】

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本文编号：1096102