211Z铝合金焊接及焊后热处理工艺研究

发布时间：2017-04-30 23:13

  本文关键词：211Z铝合金焊接及焊后热处理工艺研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：211Z铝合金是我国新开发的一种Al-Cu-Mn系铸造铝合金，因其力学性能和经济性方面的优势，已在航空、航天、舰船等领域得到应用。为了进一步拓宽应用领域，针对211Z铝合金的焊接性能进行了研究。本文通过改变焊接方法，，焊接参数和焊丝种类，获得了不同状态的211Z铝合金焊接接头。在对211Z铝合金焊接接头成形特性及缺陷进行观察的基础上，利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜技术，对211Z铝合金接头组织进行了表征；通过硬度试验和室温拉伸试验对接头性能进行了测试，分析和探讨了不同焊接工艺对接头组织和性能的影响机制；通过热处理对焊接接头性能影响规律的研究，优化焊后热处理工艺，为211Z铝合金的焊接技术应用提供理论指导和技术支持。 对焊接板材的成形特性及缺陷进行了宏观和显微观察，分析表明，TIG和MIG焊接都可以保证211Z铝合金板材的连接，宏观无明显裂纹和气孔。 对不同状态的211Z铝合金TIG焊接接头组织分析表明，时效态板材接头的薄弱区是焊缝和热影响区，热影响区晶粒尺寸明显较母材晶粒增大，且在接头硬度曲线上有明显的软化区；铸态板材接头组织第二相析出较明显，从而接头得到强化，拉伸时断裂位置位于母材区。 焊接方法对比研究表明，TIG焊接的接头强度更稳定，且高于相同条件下MIG焊接接头的强度；TIG焊接比MIG焊接的接头延伸率明显提高。组织分析表明，选用铸态母材、铝镁焊丝进行TIG焊接和MIG焊接时，TIG接头焊缝区晶粒均为等轴晶，MIG接头焊缝区以枝晶为主。 本研究中选用了四种焊丝，对比分析结果表明，铝镁焊丝的接头力学性能更好，且焊缝区均为等轴晶，晶粒细小；铝铜焊丝接头焊缝区晶粒尺寸细小，晶粒形态为胞状枝晶；两种铝硅焊丝形成的焊缝区以柱状枝晶为主，且随着焊丝中Si含量和焊接热输入的增加，柱状枝晶的比例增加。 选用铸态211Z合金和铝镁焊丝，通过对MIG焊接参数的选择控制单位长度热输入量。研究表明，热输入越大，促进强化相析出，从而接头拉伸性能越好；热输入越大，焊缝区晶粒尺寸越大，二次枝晶间距增加。 211Z铝合金铝铜和铝硅焊丝接头经固溶时效后，抗拉强度分别为412MPa和372MPa，屈服强度分别为358MPa和239MPa，总延伸率分别为3.5％和5.5％。
【关键词】：211Z铝合金 TIG MIG 接头组织 力学性能
【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】：2013
【分类号】：TG457.14;TG166.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 课题背景及研究目的10-11
• 1.2 Al-Cu 系合金的析出相和析出序列11-15
• 1.2.1 Al-Cu 系合金的析出相11-13
• 1.2.2 Al-Cu 系合金时效的析出序列13-15
• 1.3 铝合金焊接15-22
• 1.3.1 接头组织和性能的影响因素15-17
• 1.3.2 焊接接头组织17-19
• 1.3.3 焊接接头性能19-21
• 1.3.4 热处理对接头组织的影响21-22
• 1.4 主要研究内容22-24
• 第2章 试验材料及方法24-31
• 2.1 试验材料24
• 2.2 焊接工艺24-28
• 2.2.1 焊接方法24-25
• 2.2.2 焊丝选择25
• 2.2.3 焊接参数25-27
• 2.2.4 焊接热量输入控制27-28
• 2.3 热处理工艺28
• 2.3.1 母材热处理工艺28
• 2.3.2 接头热处理工艺28
• 2.4 性能测试方法28-29
• 2.4.1 室温拉伸性能测试28-29
• 2.4.2 维氏硬度测试29
• 2.5 组织结构分析方法29-31
• 2.5.1 金相显微镜(OM)组织观察29
• 2.5.2 扫描电镜(SEM)组织观察29-30
• 2.5.3 透射电镜(TEM)组织观察30-31
• 第3章 不同状态 211Z 铝合金的宏观焊接接头表征31-40
• 3.1 母材组织表征31-35
• 3.1.1 铸态组织31-32
• 3.1.2 铸造-时效态组织32-34
• 3.1.3 挤压-时效态组织34-35
• 3.2 原始材料力学性能测试35
• 3.3 不同 TIG 焊接工艺下接头宏观形貌及缺陷35-37
• 3.4 不同 MIG 焊接工艺下接头宏观形貌及缺陷37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 焊接工艺参数对 211Z 铝合金接头组织和性能的影响40-60
• 4.1 211Z 铝合金焊后接头组织表征40-49
• 4.1.1 焊后接头宏观区域划分40-41
• 4.1.2 不同焊接工艺下接头的金相组织41-45
• 4.1.3 焊后接头组织的电子背散射分析45
• 4.1.4 焊后接头析出相观察45-48
• 4.1.5 焊后接头能谱分析48-49
• 4.2 211Z 铝合金焊后接头力学性能测试49-58
• 4.2.1 不同焊接工艺下的接头硬度分布49-52
• 4.2.2 不同焊接工艺下的接头拉伸性能测试52-54
• 4.2.3 不同焊接工艺下的接头断口分析54-58
• 4.3 分析与讨论58-59
• 4.3.1 母材状态对接头组织和性能的影响58
• 4.3.2 焊接方法对接头组织和性能的影响58
• 4.3.3 焊丝种类对接头组织和性能的影响58-59
• 4.3.4 焊接热输入对接头组织和性能的影响59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 211Z 铝合金的焊后热处理工艺研究60-69
• 5.1 211Z 铝合金的热处理工艺研究60-62
• 5.1.1 不同热处理状态下的力学性能60-61
• 5.1.2 不同热处理状态下的组织61-62
• 5.2 211Z 铝合金接头热处理后的组织62-64
• 5.2.1 接头热处理后的金相组织62-63
• 5.2.2 接头热处理后的析出相观察63-64
• 5.3 热处理前后接头的拉伸性能对比64-65
• 5.4 热处理前后 211Z 铝合金接头的硬度对比65-68
• 5.4.1 热处理前后铝镁焊丝接头硬度对比66
• 5.4.2 热处理前后铝铜焊丝接头硬度对比66-67
• 5.4.3 热处理前后铝硅焊丝接头硬度对比67-68
• 5.5 本章小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-75
• 致谢75

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