ZL114A铸造铝合金MIG焊接工艺及性能研究

发布时间：2017-06-26 15:02

  本文关键词：ZL114A铸造铝合金MIG焊接工艺及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：ZL114A是一种高强韧性的铸造铝合金,被航空航天、交通运输和机械制造等领域广泛地使用。但ZL114A在铸造过程中,难免会出现一些局部缺陷,需要对其施行补焊工艺以提高成品率。为了探索出适用于ZL114A铸件的补焊工艺,本试验对该铝合金的焊接性能进行了分析研究。试验采用MIG焊接方法对不同状态的ZL114A铝合金板材进行焊接,通过改变焊丝种类、焊接参数和焊接线能量等工艺参数,获得不同参数下铝合金的焊接接头。焊接过程中对焊丝的熔滴过渡形式,焊缝的成形状态及产生的缺陷进行观察、检测,在此基础上对工艺进行优化,利用金相显微镜、力学试验机等设备对接头组织和性能进行测试和表征。分析不同焊接工艺参数对焊缝成形,接头组织和性能的影响机制。最后,采用合适的热处理工艺调控铝镁焊丝和铝硅焊丝的焊后接头,以改善组织,提高性能。对铸造态ZL114A合金板材的焊缝成形特性和宏观缺陷进行观察和检测,试验表明,各种焊接参数对焊接过程中熔滴的过渡形式,接头的成形及缺陷的产生具有非常重要的影响,采用合适的焊接工艺参数可以得到成形良好,无明显缺陷的焊接接头。分别对铸造态和铸造-时效态母材MIG焊接接头的组织和性能进行分析,结果表明,铸造态板材接头焊缝区由于冷却速度快,晶粒来不及长大,尺寸较小,而母材为粗大的铸造组织,缺陷较多,拉伸时在母材区断裂;铸造-时效态母材焊接接头的热影响区分为淬火区和软化区,软化区由于焊接热输入的影响晶粒尺寸增大,强化相聚集、粗化,硬度降低。对试验中选用的三种焊丝焊接接头的组织和性能进行对比分析,发现采用铝硅焊丝焊接后得到的焊缝区晶粒为柱状枝晶,且存在缩松等缺陷;铝镁焊丝焊缝区的晶粒为细小的等轴晶,无缺陷,力学性能较好;纯铝焊丝形成的焊缝区的晶粒尺寸较大,且晶界不明显,力学性能与纯铝相近。铸造-时效态母材选用铝硅焊丝在不同焊接线能量下进行焊接,对焊后的接头进行研究表明,焊接时线能量越大,焊缝区的晶粒尺寸越大,热影响区析出的强化相越偏聚粗化,力学性能越低。对铝硅和铝镁焊丝的接头分别进行焊后热处理,铝硅焊丝接头的力学性能明显提高,抗拉强度可达到母材的93%;铝镁焊丝接头由于无法采用合适的热处理工艺,接头组织和性能没有明显改善和提高。
【关键词】：ZL114A铝合金 MIG焊 焊缝成形 组织 性能
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG457.14
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-24
• 1.1 课题背景及研究目的11-12
• 1.2 铝合金概述12-17
• 1.2.1 铝合金的特点及分类12-14
• 1.2.2 Al-Si合金的特点14-16
• 1.2.3 ZL114A铸造铝合金16-17
• 1.3 Al-Si合金的焊接研究现状17-20
• 1.3.1 Al-Si合金的焊接性17-18
• 1.3.2 Al-Si合金的焊接方法18-20
• 1.4 铸造铝合金MIG焊接难点及研究现状20-23
• 1.4.1 铸造铝合金MIG焊接的技术难点20-21
• 1.4.2 铸造铝合金MIG焊接研究现状21-23
• 1.5 主要研究内容23-24
• 2 试验材料及方法24-34
• 2.1 试验方案24-25
• 2.2 试验材料25
• 2.3 焊接工艺25-28
• 2.3.1 焊丝选择25-26
• 2.3.2 焊接参数选择26-28
• 2.3.3 焊接热量输入表征28
• 2.4 热处理工艺28-30
• 2.4.1 母材热处理工艺29
• 2.4.2 焊接接头热处理工艺29-30
• 2.5 性能测试方法30-32
• 2.5.1 室温拉伸性能测试30-31
• 2.5.2 室温冲击韧性测试31-32
• 2.5.3 维氏硬度测试32
• 2.6 金相组织观察32-34
• 3 焊接工艺参数对接头宏观形貌及缺陷的影响34-44
• 3.1 MIG焊接铝合金的熔滴过渡形式及接头宏观形貌表征34-35
• 3.1.1 熔滴过渡形式表征34-35
• 3.1.2 接头宏观形貌及缺陷表征35
• 3.2 焊接电流对ZL114A铝合金焊缝成形的影响35-37
• 3.3 电弧电压对ZL114A铝合金焊缝成形的影响37-38
• 3.4 焊接速度对ZL114A铝合金焊缝成形的影响38-40
• 3.5 保护气体流量对ZL114A铝合金焊缝成形的影响40-42
• 3.6 本章小结42-44
• 4 焊接工艺参数对接头组织和性能的影响44-59
• 4.1 ZL114A母材组织表征和力学性能测试44-45
• 4.1.1 母材组织44-45
• 4.1.2 母材力学性能45
• 4.2 ZL114A铝合金焊后接头组织表征45-51
• 4.2.1 焊后接头宏观区域划分46-47
• 4.2.2 不同焊接工艺下接头的微观组织分析47-51
• 4.3 ZL114A铝合金焊后接头力学性能测试51-57
• 4.3.1 不同焊接工艺下的接头硬度分布51-53
• 4.3.2 不同焊接工艺下的接头拉伸性能测试53-55
• 4.3.3 不同焊接工艺下的接头冲击韧性测试55-57
• 4.4 本章小结57-59
• 5 ZL114A铝合金的焊后热处理工艺59-67
• 5.1 ZL114A铝合金接头热处理后的金相组织59-61
• 5.1.1 接头热处理后焊缝区的金相组织59-60
• 5.1.2 接头热处理后熔合区的金相组织60-61
• 5.2 热处理前后接头的拉伸性能对比61-62
• 5.2.1 铸态母材接头热处理前后的拉伸性能对比61
• 5.2.2 铸造-时效态母材接头热处理前后的拉伸性能对比61-62
• 5.3 热处理前后接头的硬度对比62-64
• 5.3.1 热处理前后铝硅焊丝接头硬度对比63-64
• 5.3.2 热处理前后铝镁焊丝接头硬度对比64
• 5.4 热处理前后接头的冲击韧性对比64-65
• 5.5 本章小结65-67
• 结论67-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士期间取得学术成果73-74
• 致谢74-75

【参考文献】

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