Nb微合金化对光纤激光-VPTIG复合焊接A7204P-T4铝合金接头组织性能的影响

发布时间：2020-05-03 12:58

【摘要】：随着交通工具轻量化和高速化的发展,高强铝合金焊接技术的作用和地位日益凸显,在轨道交通领域有着广泛的应用。A7204铝合金是热处理强化高强铝合金,其挤压性能较好,焊接性能优良,焊后焊缝成形质量高等优点,广泛应用于高速列车车体结构材料。激光焊接具有能量密度高、焊接速度快、焊后热影响区窄等优点,能有效克服接头成形差及焊接接头软化等问题。然而激光深熔焊接A7204铝合金过程中,由于“匙孔”不稳定容易造成焊缝接头软化及气孔问题严重等。采用光纤激光-VPTIG复合填丝焊接,可以充分利用VPTIG正、反向电流值及占空比可调,最大程度的强化阴极雾化作用清理表面氧化膜,并提高接头综合力学性能,在铝合金焊接中展现出了突出的比较优势。在铝合金填丝焊接中,焊缝金属的成分决定着接头的组织和性能,通过合理选择焊丝进而调控焊缝接头组织性能,成为进一步提高铝合金车体焊接质量的有效手段。本文通过分别填充ER5087、ER5356和ER4047三种焊丝,对比分析了不同填充焊丝条件下复合焊接接头的显微组织与力学性能,并对接头软化行为及机制进行了研究。研究结果表明,填充ER5087焊丝的焊缝上部铸态组织最细小,枝晶相对较细,ER5356焊缝次之,ER4047焊缝枝晶较发达,铸态组织较粗大。自然时效90天后,三种填充焊丝接头的拉伸性能并无明显差别,大多断裂于近母材侧的热影响区。热影响区存在明显的时效硬化区和再结晶软化区,且自然时效对热影响区软化具有明显影响。透射电镜结果表明,再结晶软化区域析出相减少并粗化是接头软化的主要原因。三种焊丝的添加使得焊缝整体机械性能并没有太大变化,考虑到在金属材料的各种微合金化元素中,Nb元素的效果显著。同时Nb是固溶强化和吸气固氢元素,铌的强化作用主要是细晶强化和弥散强化。因此在原有基础上,考虑针对焊缝进行铌微合金化。采用光纤激光-VPTIG复合填丝焊接6 mm厚A7204铝合金,通过在待焊试板对接面预置不同厚度铌箔实现对焊缝的微合金化,工艺参数设定为9 kW的激光功率、200 A的焊接电流、6 m/min的焊接速度和送丝速度后,得到成形均匀的焊缝接头。未经铌微合金化的焊缝横截面显微组织依次为细小等轴晶、柱状晶、等轴树枝晶形态。加铌后,焊接接头气孔明显减少,焊缝中心柱状晶及二次枝晶消失,均呈现出细小的等轴晶,晶粒尺寸明显细化。焊缝区显微硬度比较激光-VPTIG以及经过0.025 mm和0.01 mm厚铌箔微合金化后的焊缝接头,呈现出依次递增的状态,软化现象明显减弱。对比四组接头拉伸强度可以看出,铌微合金化铝合金焊接接头会使得抗拉强度、屈服强度和延伸率有明显提升,经过自然时效60天后,拉伸强度达到了母材的92%,屈服强度约为母材的91%。可见,铌微合金化铝合金焊缝后显微组织和力学性能均有明显改善。
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【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN249;U270.6

【参考文献】