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文檔簡介
1、2024鋁合金屬于可熱處理強(qiáng)化鋁合金,廣泛應(yīng)用于飛機(jī)蒙皮、翼梁等受力較大的結(jié)構(gòu)件,而且隨著高新技術(shù)的發(fā)展,其應(yīng)用范圍還在日益擴(kuò)大。但是由于此類材料具有特殊的焊接性,焊接過程中易出現(xiàn)熱裂紋、氣孔等焊缺陷,獲得的焊接接頭的強(qiáng)度系數(shù)往往較低,使其在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用受到了一定的限制。為了獲得滿足實際使用要求的優(yōu)質(zhì)焊接接頭,通常要根據(jù)被焊件的結(jié)構(gòu)以及尺寸選擇合適的焊接方法及工藝參數(shù)。本文研究了采用鎢極氬弧焊(TIG)、熔化極氬弧焊(MIG)和真空
2、電子束焊(EBW)三種不同焊接方法對不同厚度的2024鋁合金板焊接接頭性能的影響,并對獲得的焊接接頭組織與性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和理論分析,同時對其相關(guān)焊接工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,得到了焊縫表面成形良好和接頭質(zhì)量優(yōu)良的焊接接頭。同時,文中還基于ANSYS軟件采用雙橢球熱源模型對MIG和EBW焊接溫度場進(jìn)行了模擬分析,并通過APDL二次開發(fā)語言實現(xiàn)焊接過程中移動熱源的加載和卸載,分析了在不同焊接工藝下接頭溫度場的分布特點,計算結(jié)果可為優(yōu)化焊接工藝
3、提供理論指導(dǎo)。
研究結(jié)果表明,采用三種焊接方法所獲得的焊接接頭的強(qiáng)度與母材本身的強(qiáng)度相比都有不同程度的下降,其中EBW接頭強(qiáng)度最高,MIG接頭強(qiáng)度次之,而TIG接頭強(qiáng)度最低,但在通常情況下,EBW和MIG焊接頭的強(qiáng)度均能夠滿足實際工程結(jié)構(gòu)應(yīng)用要求。接頭金相組織觀察顯示,在三種不同的焊接工藝條件下,接頭的焊縫金屬區(qū),電子束焊接工藝下焊縫的顯微組織呈現(xiàn)細(xì)小的等軸晶,共晶組織分布更加均勻,而在鎢極氬弧焊和熔化極氬弧焊接工藝下獲得
4、焊縫的顯微組織均呈現(xiàn)等軸枝晶形貌,晶粒尺寸也明顯大于電子束焊縫區(qū)的晶粒尺寸;三種焊接接頭的熱影響區(qū)組織基本呈粗大的柱狀枝晶形貌,但真空電子束焊接頭的熱影響區(qū)組織柱狀晶尺寸相比其他兩種焊接接頭明顯較小。對不同焊接接頭的拉伸斷口進(jìn)行掃描分析,在TIG焊接頭的斷口表面形貌中可明顯觀察到河流花樣及撕裂棱,呈典型的解理斷裂特征;而在MIG焊和EBW焊接頭的斷口表面發(fā)現(xiàn)有大量的韌窩,并且在部分韌窩底部可以清晰看到有許多細(xì)小顆粒,韌窩外側(cè)撕裂棱明顯,
5、呈現(xiàn)明顯的韌性斷裂特征。利用XRD對焊縫接頭進(jìn)行分析,結(jié)果表明三種接頭的焊縫區(qū)都以α-Al相為基,此外,在TIG焊接頭焊縫中發(fā)現(xiàn)存在θ(CuAl2)強(qiáng)化相及單質(zhì)Si相;MIG焊接頭焊縫中分布有θ(CuAl2)和Mg2Si等強(qiáng)化相;電子束焊接頭焊縫中分布θ(CuAl2)和S(Al2CuMg)等強(qiáng)化相,并通過TEM微觀分析進(jìn)一步證實了接頭中的強(qiáng)化相主要為θ(CuAl2)相。
利用ANSYS軟件對厚度為8mm的2024鋁合金MI
6、G和EBW焊接溫度場進(jìn)行模擬分析,計算結(jié)果表明,采用雙橢球體熱源模型的模擬計算結(jié)果與實際焊接過程較為接近,驗證了所建立的熱源模型的可靠性。對模擬計算的結(jié)果進(jìn)行分析,與實際焊接熔池形貌相比基本吻合。焊接工藝參數(shù)對溫度場的影響分析表明,焊接速度越小,溫度場高溫區(qū)域范圍和同一測量點的峰值溫度越高;焊接功率越大,同一測量點的峰值溫度也越高。
綜合試驗結(jié)果表明,采用熔化極氬弧焊和真空電子束焊接方法可實現(xiàn)中厚板2024鋁合金的高質(zhì)量連
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