纵向振动对硬铝合金TIG焊焊接接头组织及性能的影响

发布时间：2017-08-10 01:25

  本文关键词：纵向振动对硬铝合金TIG焊焊接接头组织及性能的影响

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【摘要】：硬铝合金由于具有较高的强度、硬度,较低的密度,在航空航天和轨道交通中应用非常广泛。但是由于其特有的物理性能使其焊接性不佳。当采用低强度异质焊丝进行焊接时,接头强度下降得非常明显。为了提高硬铝合金焊接接头的强度,将机械振动引入到硬铝合金的TIG焊过程中。主要采用拉伸、硬度、金相、X射线衍射、扫描电镜、能谱和透射电镜等实验,对不同工艺参数下焊接接头的组织性能进行分析,并研究机械振动对焊缝金属凝固过程的作用规律和影响机理。首先,对硬铝合金TIG焊焊接工艺和焊接材料进行研究。结果表明,ER4043焊丝为填充金属的接头拉伸时基本断裂在焊缝中心,拉伸断口中存在韧窝和局部解理区。在焊接电流I=115A时,接头抗拉强度σb=285.32MPa,伸长率δ=4.83%,焊缝中心组织为等轴树枝晶,晶界有较多的共晶Si富集。ER2319焊丝为填充金属的接头拉伸时断裂在焊缝中心,拉伸断口存在较多韧窝。焊接电流I=110A时,抗拉强度σb=235.05MPa,伸长率δ=6.3%,焊缝中心组织为粗大的柱状树枝晶,熔合区为粗大的柱状晶,近缝区组织出现网格状晶界。焊缝和近缝区晶界析出相主要是CuAl2。热影响区中的过时效区存在明显的软化现象。热影响区中的固溶区经自然时效后有沉淀强化相(S′)析出。其次,研究了振幅和频率对焊接接头组织与性能的影响。接头拉伸时基本断裂在焊缝的熔合区。接头拉伸性能随着振幅(0.03mm-0.06mm)或频率(30Hz-60Hz)的增加呈先增加,后降低的变化趋势。在振幅H=0.05mm时,接头抗拉强度σb=283.31MPa,伸长率δ=5.20%;在频率F=50Hz时,接头抗拉强度σb=280.31MPa,伸长率δ=4.96%。振幅和频率较低时,焊缝中心组织为粗大的等轴树枝晶和胞状树枝晶;振幅和频率较大时,焊缝中心组织为细小的等轴树枝晶和胞状树枝晶。最后,对振动参数与硬铝合金焊接工艺之间的匹配进行了正交实验优化。优化后的工艺参数为:I=110A,H=0.05mm,F=50Hz。优化后的接头抗拉强度σb=289.68MPa,伸长率δ=4.95%。焊缝中心组织为细小的等轴树枝晶和生长方向与振动方向一致的胞状树枝晶。X射线衍射实验表明,优化后的接头焊缝组织比无振动的接头焊缝组织更细小。
【关键词】：硬铝合金 焊接接头 组织性能 振动幅度 振动频率
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG457.14
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 振动焊接12-13
• 1.2.2 振动铸造13
• 1.2.3 振动时效13
• 1.2.4 铝合金焊接13-14
• 1.3 课题研究内容14-15
• 第2章 实验材料、设备及方法15-20
• 2.1 实验材料15
• 2.2 实验设备15-17
• 2.3 工艺参数17
• 2.4 组织及性能检测方法17-20
• 2.4.1 接头取样原则17-18
• 2.4.2 焊接接头横向拉伸实验18
• 2.4.3 维氏硬度实验18-19
• 2.4.4 显微组织分析19-20
• 第3章 硬铝合金TIG焊焊接工艺及焊接材料20-40
• 3.1 ER4043填充的接头焊接工艺及组织性能20-31
• 3.1.1 拉伸性能实验及断口分析20-22
• 3.1.2 焊缝硬度分析22-25
• 3.1.3 焊缝显微组织分析25-27
• 3.1.4 X射线衍射实验与物相分析27-28
• 3.1.5 析出相SEM和EDS分析与元素面扫描实验28-31
• 3.2 ER2319填充的接头组织与性能31-38
• 3.2.1 拉伸性能实验及断口分析31-32
• 3.2.2 接头硬度分布及软化现象32-33
• 3.2.3 接头显微组织变化特点33-34
• 3.2.4 X射线衍射实验与接头物相分析34-35
• 3.2.5 析出相SEM和EDS分析35-37
• 3.2.6 微观强化相分析与观察37-38
• 3.2.7 焊缝组织的强度讨论38
• 3.3 本章小结38-40
• 第4章 纵向振动对硬铝合金TIG焊焊接接头组织及性能的作用规律40-52
• 4.1 振动幅度对接头组织及性能的影响40-44
• 4.1.1 拉伸性能实验40-41
• 4.1.2 焊缝硬度分布41-43
• 4.1.3 焊缝中心显微组织分析43-44
• 4.2 振动频率对接头组织及性能的影响44-49
• 4.2.1 拉伸性能实验44-46
• 4.2.2 焊缝硬度分布46-47
• 4.2.3 焊缝中心显微组织分析47-49
• 4.3 振动作用机理分析与讨论49-50
• 4.4 本章小结50-52
• 第5章 振动参数与硬铝合金TIG焊焊接工艺匹配及接头组织性能52-61
• 5.1 正交实验52-54
• 5.2 极差分析54-57
• 5.3 工艺优化及实验验证57-58
• 5.4 显微组织分析58-60
• 5.4.1 接头截面形貌58
• 5.4.2 金相组织分析58-59
• 5.4.3 X射线衍射实验与晶粒尺寸分析59-60
• 5.5 本章小结60-61
• 第6章 结论61-62
• 参考文献62-65
• 在学研究成果65-66
• 致谢66

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本文编号：648249