2A12厚板铝合金电子束焊接接头组织及工艺研究

发布时间：2020-03-07 16:35

【摘要】：2A12属于中高强Al-Cu-Mg系合金,是可进行热处理强化的硬铝合金,目前在飞机蒙皮、隔框、翼肋、壁板等均得到广泛应用,电子束焊接可以获得高质量的铝合金焊接接头。本文采用电子束焊接25mm厚铝合金,研究了不同工艺下接头成形、组织及力学性能,最终获得较优的厚板铝合金焊接工艺。试验过程中发现,2A12铝合金中合金元素剧烈蒸发,焊接过程极不稳定,焊后接头表面下塌现象严重。采用扫描工艺以及焊后修饰焊接可显著改善焊缝表面成形,提高接头质量。焊缝底部易存在缩松、冷隔、钉尖等缺陷,止口结构接头可将此类缺陷引入止口中。2A12铝合金母材主要强化相为Al2Cu Mg,焊缝组织主要强化相为Al2Cu Mg和Al2Cu。焊缝液态金属非平衡凝固结晶过程中,溶质元素Cu、Mg以及杂质元素向晶界处聚集,在晶界处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体中溶质含量,从而使得晶界溶质元素含量下降,减少晶界共晶相的生成。普通焊接条件下,焊缝内晶粒结晶过程存在一定择优生长;加入熔池扫描搅拌后,焊缝内晶粒分布均匀无明显择优取向,而且焊缝中小角晶界所占比例明显增多,有利于半共格过渡相析出。在一定范围内,适当提高焊速或者加入熔池扫描搅拌工艺能够显著提高焊缝组织均匀性、细化晶粒、减少晶界共晶组织和增加半共格过渡相。对焊后接头进行力学性能测试发现,接头热影响区未发生软化,接头均断裂在熔合区,断口呈脆性沿晶-延性韧窝混合断裂特征,在本试验中,随着焊速增加及扫描工艺加入,接头强度随之增加,最高可达383MPa,满足工程使用要求。针对工艺优化后焊缝中气孔数量减少的现象,建立了固-液-气三相转变的铝合金电子束焊接三维瞬态模型,进行匙孔稳定性及熔池流动分析,模拟计算结果表明,随着焊接速度的增加,熔池后壁面斜度增加,匙孔较为稳定,减少了包裹金属蒸汽空腔,熔池边缘金属流向匙孔附近,与匙孔壁面附近液态金属汇合,在金属蒸汽作用下由底部向熔池表面流动,有利于气泡逃逸,减少气孔缺陷。
【图文】：

均匀分布,第二相形貌

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文。小孔的不稳定和熔池液态金属的不断震动将会加剧冶金型气孔缺陷许良红[23]对高强铝合金 2519-T87 分别进行激光和 MIG 焊接，对比之间的组织及力学性能变化。结果表明：采用激光焊时，焊缝区晶小，晶界共晶相数量减少，而对于 MIG 焊，晶粒较为粗大，而且共多并以网络状分布在晶界。除此之外，对焊后接头时效处理后，与接头相比，激光焊接接头中，析出相 θ 尺寸较小且均匀分布在焊缝

焊缝组织

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文接高温作用下第二相粒子（强化相）脱溶析出不断长大，形成“过时效果，使得强化效果消失，发生“过时效”软化。为了解决铝合金接头软化，对 5A06 铝合金 MIG 焊焊接接头进行深冷处理，将其拉伸试样从室温降至-155℃，保温 4h 后，5A06 铝合金焊接接头抗拉强度提高了 15.25缝区晶粒得到细化，第二相在基体中弥散析出。王亚荣等[39]发现 2A14 铝合金电子束焊接接头强度及硬度较母材相比定程度的下降。为了改善接头强度，对 2A14 铝合金焊接接头进行焊后理，，热处理工艺如下：退火（380℃）→炉冷（60-90min）→固溶（498min）→人工时效（155℃、6h）。对热处理后接头进行组织及力学性能，如图 1-2 所示，焊缝内部组织均匀分布，晶界分布的网状共晶组织的溶解，焊缝内部弥散分布着大量的强化相，焊缝处的强度硬度都有显著，焊缝的拉伸强度达到 465MPa。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG457.14

【参考文献】