7075高强铝合金激光填丝焊接组织与力学性能研究

发布时间：2019-10-18 20:47

【摘要】：采用光纤激光器对4mm厚的7075铝合金进行激光填丝焊接,对焊接接头的显微组织、相结构、断口形貌、力学性能进行观察和分析。结果表明:焊缝(FZ)边缘组织为柱状枝晶组织,焊缝中心为等轴晶组织;热影响区(HAZ)保留了母材(BM)的轧制长条状形态,但晶粒有所长大。母材的相组成主要为α-Al固溶体、S-Al_2CuMg强化相和η-MgZn_2强化相,焊缝无强化相析出。焊缝区硬度值为各区中最低,热影响区显微硬度呈阶梯式增长。焊接速度为2~4m/min的接头拉伸试样均在焊缝处断裂,抗拉强度最大为母材的67.5%。接头拉伸试样均出现了颈缩现象,断口由大量的等轴状韧窝构成,为韧性断裂。
【图文】：

示意图,激光,示意图,金相试样

—５．５≤０．１０≤０．２５０．０５—０．２ＡｌｌｏｙＦｅＭｎＴｉＡｌ７０７５０．５００．３００．２２Ｂａｌ．ＥＲ５３５６≤０．４００．０５—０．２０．０６—０．２Ｂａｌ．１．２实验方法实验选用ＩＰＧ－５０００型光纤激光器，最大功率为５ｋＷ，波长为１．０７μｍ，聚焦镜焦距为３１０ｍｍ，焦斑直径为０．２５ｍｍ。７０７５铝合金板激光填丝焊接选用平板对接的形式，，铝板不开坡口，对接间隙量设为０ｍｍ，并对熔池正面和背面进行气体保护，焊接实验装置如图１所示。焊接实验前用砂纸对待焊铝板表面进行打磨，再用丙酮溶液清洗铝板表面，以去除表面氧化膜和油污。激光填丝焊接工艺参数如下所述：激光功率为４．５ｋＷ，离焦量为＋１ｍｍ，送丝速度为５ｍ／ｍｉｎ，焊接速度在２～４ｍ／ｍｉｎ范围内变化。焊接时正面和背面保护气体均为氩气，气体流量分别为２０Ｌ／ｍｉｎ和１５Ｌ／ｍｉｎ。图１激光填丝焊接示意图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｌａｓｅｒｗｅｌｄｉｎｇｗｉｔｈｆｉｌｌｅｒｗｉｒｅ焊后，截取７０７５铝合金焊板接头部分截面区域样品，镶嵌，研磨，抛光，最终制成金相试样，并利用０．５％ＨＦ溶液对金相试样进行腐蚀。使用Ｓ－３４００型扫描电子显微镜观察接头的显微组织和断口形貌。使用ＰＡＮ－ａｌｙｔｉｃａｌＸ′ｐｅｒｔ型Ｘ射线衍射仪分析母材及焊缝区的物相组成。使用ＨＤＸ－１０００型显微硬度计测量焊接接头的显微硬度分布，载荷大孝保荷时间分别为０．９８Ｎ、１５ｓ。沿垂直于焊缝方向截取拉伸试样，使焊缝位于拉伸试样正中心，并利用ＩＴＢＣ－３０

母材,焊缝,铝合金,热影响区

图３７０７５铝合金（ａ）母材和（ｂ）焊缝的ＸＲＤ分析Ｆｉｇ．３ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｉｎｔｈｅ（ａ）ＢＭａｎｄ（ｂ）ＦＺｏｆｔｈｅ７０７５ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ２．２铝合金焊接接头的显微硬度图４为各焊接速度下焊接接头的显微硬度分布曲线。由图４可知，各焊接速度下接头的显微硬度分布趋势基本相同，显微硬度最低值均出现在焊缝区；热影响区显微硬度值相对焊缝区有所升高，但仍然低于母材。此外，硬度的最低值一般出现在焊缝中心区，且焊缝边缘硬度值相对焊缝中心有所增大。这主要是因为填充材料与母材的成分和组织的差异，其硬度低于母材；另外焊缝区有一部分强化元素Ｍｇ、Ｚｎ烧损［１５］，而剩余的强化元素或第二相全部溶解进入基体组织中，造成焊缝区硬度的进一步下降，所以焊缝的硬度急剧下降至各区最低。此外，相较于焊缝中心，焊缝边缘热循环峰值温度降低、冷却速度增大，得到的组织晶粒更细小，因此焊缝边缘硬度稍高于焊缝中心。图４７０７５铝合金焊接接头的显微硬度分布Ｆｉｇ．４Ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｅｌｄｅｄｊｏｉｎｔｏｆｔｈｅ７０７５ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ熔合区为焊缝区和热影响区的过渡区间，其硬度值稍高于焊缝区，低于热影响区。整个热影响区的显微硬度呈现阶梯式的增长。在靠近焊缝的热影响区（Ａ区），沿着远离焊缝的方向，随着距离的增大其硬度值快速增大；在热影响区（Ｂ区），硬度值的波动较大，其增加趋势虽明显减小，但总体仍然高于Ａ区；在靠近母材的热影响区（Ｃ区），随着距离增大显微硬度值快速增大，直至向母材区过渡逐渐趋于平稳值。热影响区的显微硬度
【作者单位】：上海工程技术大学材料工程学院;上海市高强激光智能加工装备关键技术产学研开发中心;
【基金】：上海市自然科学基金(14ZR1418800) 上海汽车工业科技发展基金(1404) 上海工程技术大学研究生科研创新项目(15KY0513)
【分类号】：TG456.7

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