2219鋁合金電子束焊接工藝及焊接接頭性能與機(jī)理研究.pdf

1、2219鋁合金在低溫和高溫狀態(tài)下具有十分良好的力學(xué)性能，同時具有良好的斷裂韌性和焊接性能、耐腐蝕性能等顯著的特點(diǎn)，因此該合金在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其在運(yùn)載貯箱方面更是得到了運(yùn)載貯箱設(shè)計者們的青睞。隨著現(xiàn)今工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的快速進(jìn)步及飛行器結(jié)構(gòu)對質(zhì)量要求的不斷提高，人們越來越關(guān)注2219鋁合金的焊接接頭的性能。本文以6mm厚的2219-T6鋁合金板材為對象，對其電子束焊接工藝進(jìn)行研究，并結(jié)合鎢極氬弧焊、攪拌摩擦焊對2219-T6鋁合金

2、不同焊接接頭的性能特點(diǎn)及機(jī)理進(jìn)行研究，從而為該鋁合金在工業(yè)生產(chǎn)地應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　電子束工藝試驗結(jié)果表明，2219-T6鋁合金電子束焊所獲接頭的室溫拉伸性能與沖擊性能隨焊接參數(shù)變化的規(guī)律基本相同，焊接參數(shù)存在最優(yōu)匹配（其它焊接參數(shù)一定，焊接速度1000mm/min、電子束流51mA），在最佳的工藝參數(shù)匹配下所獲接頭的室溫抗拉強(qiáng)度峰值為332MPa，伸長率的峰值為6％；同時沖擊韌性達(dá)到35J/cm2。
　　結(jié)合2219-T6

3、鋁合金鎢極氬弧焊、攪拌摩擦焊所獲接頭，對不同焊接方法所獲接頭的性能特點(diǎn)進(jìn)行探討。試驗結(jié)果對比表明，2219鋁合金電子束焊所獲接頭的室溫抗拉強(qiáng)度最高達(dá)到母材的80%左右，攪拌摩擦焊次之，達(dá)到母材的74.04%，鎢極氬弧焊最低，為母材的55.29%；鎢極氬弧焊、攪拌摩擦焊、電子束焊三種焊接方法所獲接頭室溫拉伸的斷裂位置分別為焊縫中心、后退側(cè)的熱機(jī)影響區(qū)與熱影響區(qū)交界附近、熔合區(qū)處。同時電子束焊所獲接頭的沖擊韌性良好，沖擊韌性值為35J/cm

4、2，略低于攪拌摩擦焊的40.21J/cm2，但是達(dá)到了母材的2.07倍。
　　三種接頭微觀組織研究表明，鎢極氬弧焊焊縫區(qū)為等軸枝晶，α（Al）-Al2Cu共晶組織在晶間及枝間不均勻分布，攪拌摩擦焊和電子束焊焊縫區(qū)為細(xì)小的等軸晶組織，三者晶粒尺寸的差異對強(qiáng)度存在影響，但并非最主要的影響因素；鎢極氬弧焊焊縫區(qū)存在較多的孔隙類缺陷，攪拌摩擦焊在后退側(cè)熱機(jī)影響區(qū)附近存在細(xì)小、不易察覺的沿攪拌流線具有方向性的缺陷，電子束焊所獲接頭質(zhì)量高，只

5、有很少、極其細(xì)小的氣孔存在；XRD物相分析可知，三種焊接接頭焊縫區(qū)以a-Al為基體，此外還發(fā)現(xiàn)Al2Cu沉淀相；隨后的SEM、TEM觀察可知，鎢極氬弧焊焊縫區(qū)在焊接過程中在晶界處形成網(wǎng)絡(luò)狀沉淀相，攪拌摩擦焊及電子束焊所獲接頭焊縫中心的沉淀相呈現(xiàn)顆粒狀，且攪拌摩擦焊的沉淀相顆粒尺寸不一、整體偏大，電子束焊的沉淀相顆粒細(xì)小且均勻分布，分析可知電子束焊焊縫區(qū)的沉淀相對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)最大。因此三種接頭焊縫區(qū)的沉淀相尺寸及分布是導(dǎo)致強(qiáng)度差異的主要因素

6、，與晶粒尺寸、焊接缺陷等一起決定接頭的最終性能。
　　三種接頭的腐蝕試驗結(jié)果表明，電子束焊和攪拌摩擦焊所獲接頭浸泡腐蝕后表面只出現(xiàn)了少量較淺的點(diǎn)蝕坑，而鎢極氬弧焊所獲接頭腐蝕后表面點(diǎn)蝕坑最多，甚至相互連接呈現(xiàn)條狀；電子束焊所獲接頭的腐蝕電流為1.736×10-5A，電荷轉(zhuǎn)移電阻為5.015×103Ω·cm2，略低于攪拌摩擦焊，要明顯地優(yōu)于母材及鎢極氬弧焊（腐蝕電流分別為2.084×10-5A、2.834×10-5A，電荷轉(zhuǎn)移電阻分