2219铝合金交流TIG堆焊成型技术研究

发布时间：2017-05-19 22:14

  本文关键词：2219铝合金交流TIG堆焊成型技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电弧堆焊成型技术作为快速成型方法的一种,具有成本低、效率高、可控性好和冶金性能良好等优点,近期受到许多研究者的关注。2219铝合金因其高强度、较好的耐蚀性及可焊性等优点而被广泛应用于航空航天领域,本文将重点从成型工艺、微观组织和力学性能三个方面入手,开展对2219铝合金交流TIG堆焊成型技术的研究。首先利用同一成型参数,在不同厚度基板上成型出单道多层薄壁铝合金堆焊试样,得出基板厚度对薄壁试样稳定区域熔宽尺寸没有影响。此后利用二次通用旋转组合方法设计的试验样本建立试样稳定区域成型尺寸的预测模型,验证发现模型预测精度较高;分析试样熔宽尺寸的影响因素发现,焊接电流、焊接速度和层间温度是影响熔宽的主要因素,且焊接电流和层间温度对熔宽的影响存在交互作用;采取三种电流变化策略来调控稳定成型尺寸,结果显示不同基板厚度下熔宽变化区成型尺寸最优调控方案不同,该变化揭示了基板厚度增加后相邻层间散热差异增大的变化规律。分析了薄壁铝合金堆焊试样典型组织特征发现,堆焊试样不同区域的温度梯度和结晶速度的不同所导致的成分过冷的差异是其组织形态特征变化的主要原因;设计了四组同尺寸堆焊试样的不同参数组合方案,对比其组织和力学性能差异,测试表明水平和垂直方向抗拉强度无各向异性,最高强度可达248MPa,接近母材的60%,而水平和垂直的延伸率存在各向异性,究其原因是由试样组织特征和晶粒生长方向决定的;观察水平和垂直拉伸试样微观断口知,其断裂方式为沿晶和穿晶混合断裂,之后利用扫描电镜观察断口形貌,水平和垂直拉伸断口均为韧窝断裂,韧窝尺寸小但相对较浅;对堆焊试样气孔形貌、分布特征及产生机理进行了探究,并提出了一些控制措施;对单层多道堆焊试样最优焊道间距传统计算模型进行了分析和改进,利用试验验证了改进模型的精确性和适用性;之后探究了三种成型路径下厚壁堆焊试样的成型、组织和性能差异,得出成型路径的不同及由其引起的散热条件的改变是其宏微观组织不同的主要原因;对其力学性能进行测试发现,试样综合力学性能除了与热输入、散热条件有关,还与组织特征和晶粒生长方向有关;观察厚壁试样断口处存在大量韧窝,知其断裂机制为韧性断裂。
【关键词】：2219铝合金 交流TIG堆焊成型 尺寸预测模型 组织性能
【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】：2015
【分类号】：TG457.14
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题研究的目的和意义10-11
• 1.2 电弧堆焊成型技术的国内外研究现状11-18
• 1.2.1 电弧堆焊成型过程温度场和应力场有限元模拟分析11-12
• 1.2.2 电弧堆焊成型过程的监测控制12-14
• 1.2.3 电弧堆焊成型尺寸建模及预测14-15
• 1.2.4 电弧堆焊成型工艺、组织及性能研究15-18
• 1.3 2219 铝合金的研究与应用状况18-19
• 1.3.1 2219 铝合金的特点及应用18
• 1.3.2 不同焊接方法下2219铝合金的力学性能18-19
• 1.4 本课题主要研究内容19-20
• 第2章 试验系统的搭建和分析方法20-24
• 2.1 试验材料20-21
• 2.2 试验系统的搭建21-22
• 2.2.1 焊接电源及平台21
• 2.2.2 基板预热及层间温度控制系统21-22
• 2.3 材料分析测试方法22-24
• 2.3.1 宏观形貌及显观组织观察22
• 2.3.2 拉伸性能试验22
• 2.3.3 硬度测量22-23
• 2.3.4 扫描电镜及能谱分析23
• 2.3.5 XRD物相分析23-24
• 第3章 薄壁铝合金堆焊成型尺寸建模及工艺研究24-37
• 3.1 基板厚度对堆焊试样成型尺寸的影响规律24-26
• 3.1.1 试验方案24
• 3.1.2 试验结果及分析24-26
• 3.2 堆焊试样稳定区成型尺寸预测模型的建立与验证26-32
• 3.2.1 模型样本的设计26-28
• 3.2.2 模型的建立28-31
• 3.2.3 模型预测精确度的验证31-32
• 3.2.4 试样成型尺寸影响因素分析32
• 3.3 熔宽变化区成型尺寸稳定调控方案32-36
• 3.3.1 熔宽调控方案33
• 3.3.2 熔宽调控结果33-34
• 3.3.3 调控结果分析34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 薄壁铝合金堆焊试样成型、组织及性能分析37-59
• 4.1 薄壁铝合金堆焊试样组织特征37-43
• 4.1.1 组织特征37-39
• 4.1.2 析出相39-40
• 4.1.3 组织生长机理40-42
• 4.1.4 相析出机理42-43
• 4.2 不同参数组合对薄壁试样成型及组织影响43-47
• 4.2.1 同尺寸、不同参数组合下堆焊试样的设计方案43-44
• 4.2.2 不同参数组合对堆焊试样外观成型的影响44-45
• 4.2.3 不同参数组合对堆焊试样组织的影响45-47
• 4.3 不同参数组合对试样力学性能影响47-53
• 4.3.1 拉伸测试47-51
• 4.3.2 断口分析51-53
• 4.3.3 硬度测试53
• 4.4 堆焊试样中典型的气孔缺陷分析53-57
• 4.4.1 气孔分布特征54
• 4.4.2 气孔种类及形貌特征54-55
• 4.4.3 气孔形成机理55-56
• 4.4.4 气孔控制措施56-57
• 4.5 本章小结57-59
• 第5章 厚壁铝合金堆焊成型工艺、组织及性能研究59-71
• 5.1 单层多道堆焊试样最优道间距的研究59-62
• 5.1.1 最优焊道间距的传统算法59-60
• 5.1.2 最优焊道间距的改进模型60-61
• 5.1.3 改进模型的检验61-62
• 5.2 厚壁堆焊试样成型路径的设计62-63
• 5.3 不同成型路径下厚壁堆焊试样成型及组织对比63-66
• 5.3.1 不同成型路径下厚壁试样堆焊试验63-64
• 5.3.2 不同成型路径下厚壁堆焊试样宏观组织形貌64
• 5.3.3 不同成型路径下厚壁堆焊试样微观组织特征64-66
• 5.4 不同成型路径下厚壁堆焊试样力学性能对比66-69
• 5.4.1 拉伸测试66-68
• 5.4.2 断口分析68-69
• 5.5 本章小结69-71
• 结论71-73
• 参考文献73-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文78-80
• 致谢80

【参考文献】

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本文编号：380052