2198铝锂合金激光焊接工艺及接头组织性能研究

发布时间：2017-10-04 12:16

  本文关键词：2198铝锂合金激光焊接工艺及接头组织性能研究

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【摘要】：轻量化、高性能、高可靠性、低成本是飞机设计制造的永恒主题。选用轻质高强的结构材料,并配合先进的加工技术是实现轻量化设计的主要途径。轻质高强的Al-Li合金具有较好的抗疲劳裂纹扩展性、抗应力腐蚀性等优势,在航空航天领域拥有广阔的应用前景。2198 Al-Li合金属于第3代新型Al-Cu-Li系合金,是我国自主研发大型客机的结构材料之一;激光焊接技术具有热源能量高度集中、热输入量小、焊接速度快、变形量小等优势,是一种先进的材料连接技术。因此,采用激光焊接2198 Al-Li合金具有重要的研究意义与市场前景。本课题采用激光填丝焊接2198-T851 Al-Li合金薄板,研究焊接工艺参数对焊缝成形与热裂纹的影响、焊接接头的显微组织与力学性能之间的关系、焊后热处理对接头显微组织和力学性能的影响,取得以下研究成果:针对2198 Al-Li合金填充Al-Cu 2319焊丝,通过优化焊接工艺参数,可避免焊接热裂纹并保证焊缝成形良好。经过大量重复实验优化出焊接工艺参数为:激光功率3 kW,焊接速度3 m/min,送丝速度2 m/min。该参数下焊态的焊缝中心为等轴树枝晶组织,焊缝边缘为等轴细晶区,其宽度为40-50μm,晶粒尺寸为5-10μm。焊缝区的晶粒内分布着细小的球状θ’(Al2Cu)相和少量针状T1(Al2CuLi)相;焊态下接头的力学性能:抗拉强度为272 MPa,焊缝区显微硬度为72.9 HV0.1。焊态下接头的拉伸断口呈沿晶断裂特征。经过焊后热处理,焊缝区的晶粒粗大,晶界粗化。晶粒内析出了大量球状θ’(Al2Cu)相和针状T1(Al2CuLi)相,以及少量短棒状δ’(Al3Li)相。晶界处分布着大量非连续的短棒状析出相,且无沉淀析出带明显。拉伸断裂发生在焊缝处,断口处呈现出沿晶与穿晶的混合型断裂特征。接头的抗拉强度在热处理后提高到393 MPa,焊缝区显微硬度为130.1 HV0.1且硬度值的波动范围小。由此可见,焊接接头中析出的沉淀强化相明显改善了焊接接头的力学性能。
【关键词】：2198铝锂合金 激光焊接工艺 焊后热处理 显微组织 力学性能
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG456.7
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本文编号：970614