郭飞跃[1]2003年在《2195铝锂合金焊接接头组织与性能》文中进行了进一步梳理采用微量Sc、Zr、Mn、V、B复合微合金化技术研制了一种Al-6.3Cu-1.1(Mn，Zr，Ti，V，Sc，B)的新型焊丝，对成分为Al-4Cu-1Li-0.4Mg-0.54(Ag，Zr，Ti)、板厚为2mm的2195铝锂合金板材进行了手工氩弧焊焊接。测试了焊接接头的拉伸力学性能和硬度分布规律，采用金相显微镜(OM)、X射线物相分析(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)观察了焊丝合金和焊接接头不同区域的显微组织结构，并从理论上进行了分析和解释。研究结果表明： 1．2195铝锂合金T8态的拉伸力学性能，横向：σ_b=551MPa，σ_(0.2)=522MPa，δ_5=5.4％，其断裂方式主要为平行断裂；纵向：σ_b=558MPa，σ_(0.2)=528MPa，δ_5=5.7％，其断裂方式主要为斜45°方向剪断。T8态下，合金主要强化相为T_1(Al_2CuLi)相。 2．研制了一种用微量Sc、Zr、Ti、B、V复合微合金化的Al-Cu合金焊丝，这种焊丝与2195铝锂合金有较好的相容性，在手工氩弧焊条件下，焊接接头的力学性能可达：σ_b=384MPa，σ_(0.2)=315MPa，δ_5=4.2％，焊接系数为0.70。 3．2195铝锂合金焊缝边缘存在独特的细晶层组织，其形态与等轴树枝晶不同，这一特征组织的形成与合金元素Li、Sc、Zr和Ti对熔池结晶过程的作用规律有关。Li显着地降低了铝液表面张力，大大提高了异质形核率和形核速率，是细晶层产生的必要条件；而熔池边缘液态金属中弥散均匀分布大量未熔化的Al_3Sc、Al_3Zr和TiAl_3质点，则是细晶层产生的充分条件。与此同时，由熔池边缘外延生长的联生结晶过程被抑制。 4．焊缝的强度主要来源于Sc、Zr、V、Ti、B产生的晶粒细化强化以及θ'(Al_2Cu)、Al_3Sc、Al_3Zr等的析出强化。
束彪[2]2009年在《2195铝锂合金焊接工艺及其接头组织性能研究》文中指出铝锂合金由于具有较高的比强度、比刚度以及良好的低温性能广泛应用于航空航天领域。但铝锂合金熔化焊时存在接头强度系数低,软化现象严重等问题,这影响了铝锂合金焊接结构件的使用性能。目前关于2195铝锂合金焊接工艺的研究较少,有待于进一步深入研究。本文通过对传统焊接工艺的改进以及新型焊接工艺的应用,研究了不同焊接工艺对2195铝锂合金接头组织及性能的影响。对5mm厚2195铝锂合金进行了单、双脉冲MIG焊试验研究,结果表明,双脉冲MIG焊峰值电流周期性变化引起熔池液体的振动,提高了熔池金属的搅拌效应,降低了焊缝金属的气孔率,有效细化了焊缝组织,提高了焊接接头的力学性能,接头强度由单脉冲的165.78 MPa提高到308.54 MPa。对常规MIG焊施加纵向磁场,利用电磁力的作用对熔池金属进行搅动,改变了熔池金属的结晶条件使晶粒发生细化,共晶相弥散分布,提高了焊缝金属的抗拉强度和延伸率。焊后经510℃×1h固溶+150℃×11h时效热处理,焊接接头的性能得到进一步提高。对2195铝锂合金进行了搅拌摩擦焊接,结果表明,铝锂合金经FSW后,焊接接头由叁个明显不同的区域组成：即,焊核区、热机影响区、热影响区。当焊速不变,搅拌头转速ω在700rpm～1300 rpm之间变化时,接头拉伸强度随转速ω增大而降低；当搅拌头转速不变,焊速υ在60mm·min~(-1)～140mm·min~(-1)之间变化时,接头抗拉强度随焊速υ增大而提高。当ν=140 mm·min~(-1),ω=1000 rpm时,焊接接头强度系数达到73%。搅拌摩擦焊接后焊接接头发生了较大程度的软化现象,硬度最低点位于后退侧热力影响区附近。
李小飞[3]2007年在《2195铝锂合金焊接热裂纹敏感性和焊接材料研究》文中研究说明2195铝锂合金具有强度高、密度低的特点,是新一代运载火箭和航空结构的备选材料。近年来,国内外对该合金成分和性能进行了大量的研究,但对其焊接性的研究较少。因此本文对2195合金焊接热裂纹敏感性和焊接材料进行了研究。试验中对板厚为2mm的2195合金板材进行了钨极氩弧焊接,选用横向变拘束试验评定焊接热裂纹敏感性,并通过鱼骨形试验研究控制焊接热裂纹的措施。运用传统光学金相技术并结合扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)分析方法以及焊接热模拟技术对裂纹形貌和接头组织进行观察和分析。与LC9CS和д16qчT等其他铝合金相比,2195合金具有较大的焊接热裂纹敏感性,它的临界应变量εmin<0.19%。2195合金的焊接热裂纹主要分布于焊缝(WM)、焊缝边缘等轴晶区(EQZ)、弧坑等部位,其中焊缝和焊缝边缘等轴晶区对焊接热裂纹最敏感。裂纹均沿晶界或枝晶间产生和扩展,这与这些部位存在共晶液相有关。它的产生机理是:在焊接非平衡凝固过程中,溶质元素在晶界和枝晶间偏析,形成低熔共晶组织,以液膜形式铺展润湿晶界;同时由于共晶液相数量较少不能通过“治愈”效应回填凝固过程中已产生的裂纹,造成2195合金具有较大的焊接热裂纹敏感性。在2195合金焊缝边界存在精细等轴晶区域(EQZ),等轴晶的晶界具有共晶成分,造成EQ2区域也易产生焊接热裂纹。通过填充焊接材料不能消除EQZ。在ER2319焊接材料成分基础上,研制了A1-Cu-Ag-Mg和Al-Cu-Sc两类合金化体系的焊接材料,并与商用ER4043焊接材料作对比。焊接接头性能测试和组织分析结果表明,不同合金化体系焊接材料对应的焊缝力学性能差别明显。含Sc焊接材料焊缝强度较其他焊接材料焊缝强度高,高于330MPa,这是由于Sc对焊态焊缝金属产生了细晶强化作用。Sc元素在焊缝中最佳含量范围为O.14%~0.32wt%:当Sc含量超过0.32wt%)后,将对力学性能产生不利影响。通过本项目的研究,Sc含量在一定范围内的焊接材料具有较低焊接热裂纹倾向和较好的接头综合力学性能,可以用于2195合金的实际焊接生产。商业ER4043焊接材料也具有较好的抗焊接热裂纹性能,在接头力学性能要求不高的情况下,可用于2195合金的焊接。
倪彪, 孟威, 李铸国[4]2017年在《2195-T8铝锂合金激光焊接接头的组织与性能》文中认为采用高功率CO_2激光焊机焊接3.7mm厚的2195-T8铝锂合金,研究了不同焊接工艺参数对焊缝成形质量的影响,并对优化焊接工艺条件下焊态和固溶时效态焊接接头的显微组织及力学性能进行了比较。结果表明:焊态接头焊缝区的硬度为81.81HV,比母材的下降了32.3%,接头的抗拉强度为296 MPa,比母材的下降了49%;经固溶时效处理后,焊缝的组织更加均匀,晶界及晶内析出了许多弥散且均匀分布的T_1(Al_2CuLi)强化相,焊缝硬度和接头的抗拉强度比热处理前的分别提高了25.6%和13.7%。
俞旷[5]2012年在《铝锂合金电子束焊接工艺及其接头组织与性能》文中进行了进一步梳理铝锂合金由于具有密度低、比强度高、低温性能和抗蚀性能好等特点，目前正逐渐取代常规铝合金而广泛应用于制作飞机油箱以及航天飞机的低温贮箱等部件，被认为是一种理想的航空航天结构材料。此外，铝锂合金在汽车、船舶和体育用品等领域中也有一定应用。由于铝锂合金在工业生产中大多作为焊接结构使用，采用常规的焊接方法如MIG、TIG焊等焊接铝锂合金时，易产生接头热影响区软化、焊缝气孔以及结晶裂纹等缺陷，使其应用受到很大限制。真空电子束焊具有能量密度高、热输入小、保护气氛好等特点，采用电子束工艺焊接铝锂合金可获得焊缝晶粒细小、热影响区小、强度系数高的焊接接头。此外，对电子束焊接过程进行数值模拟分析，得到焊接温度场及应力场分布，可为实际焊接工艺优化提供指导。基于此，本文在采用ANSYS有限元分析优化电子束工艺参数的基础上，对航空航天等领域中应用广泛的1420及2090铝锂合金的电子束焊接工艺进行研究，分析电子束流、焊接速度及扫描方式对接头组织和性能的影响，并对接头进行焊后热处理，将焊态下及热处理后接头的组织与性能进行对比，分析热处理后接头中强化相的析出。数值模拟分析结果表明，铝锂合金电子束焊接具有很快的升温速度和降温速度，在焊缝附近的温度梯度较大，采用组合热源所获得焊缝的熔合线形状与实际焊缝十分吻合，呈钉形分布特征。在电子束焊接过程中，熔池前部存在一定压应力，而在焊缝附近存在高值纵向拉应力。采用有限元优化电子束流及焊接速度等工艺参数，当电子束流为I=8mA、焊接速度为V=1000mm·min-1时，接头处于临界熔透状态，且焊缝附近的拉应力峰值大大降低。接头显微组织观察表明，铝锂合金电子束焊接头组织构成以共晶相为主，在晶内分布少量强化相，另外在熔合线附近出现等轴细晶区（EQZ），这与铝锂合金中的Li和Zr元素有关。在焊接过程中采用圆形扫描可增强对熔池的搅拌作用，减少合金元素偏析，使晶界共晶相的尺寸减小且增加晶内共晶相的数量，有利于提高晶界强度。此外，圆形扫描还通过其搅拌作用增加熔池中非均匀形核质点Al3Zr的数量，提高熔池的形核率，细化焊缝组织。直线扫描对熔池的搅拌作用不及圆形扫描，因此对焊缝晶粒的细化作用不佳，焊缝组织中的晶界共晶相有所粗化。对接头进行力学性能测试，结果显示，添加圆形扫描获得接头的抗拉强度较高，直线扫描次之，而未添加扫描的最低。由于圆形扫描可以显着减少焊接过程中合金元素的烧损，有利于保持其强化作用效果，因此获得接头的强度较高。接头显微硬度测试表明，焊缝金属区的硬度低于母材和热影响区，在热影响区出现软化现象。采用圆形扫描获得接头的硬度值相对较高，这是由于圆形扫描可通过电子束的回扫运动熔断已经长大的枝晶，使熔池内部异质形核表面的数量增加，从而细化焊缝组织。接头拉伸断口扫描观察表明，未添加扫描的接头呈脆性沿晶断裂特征，而添加圆形扫描的接头呈塑韧性较好的穿晶断裂特征，在断口表面分布有较多细小的韧窝。将在焊态下和热处理后1420和2090铝锂合金接头的显微组织和力学性能进行对比发现，热处理后两种铝锂合金接头的强度均显着提高，但接头的延伸率有所下降。热处理后接头焊缝中析出了数量较多且尺寸细小的强化相，经接头XRD测试和TEM观察证实，1420焊缝中的强化相以球状δ′相为主，2090焊缝中的强化相以球状δ′相和针状T1相为主，这些强化相析出有利于提高接头的强度。
杨旭东[6]2016年在《2060铝锂合金变极性等离子焊接特性研究》文中进行了进一步梳理作为第叁代新型铝锂合金,2060 Al-Li合金具有低密度、高强度、高损伤容限等特性,在航空航天领域展现出广阔的前景。2060铝锂合金可用于飞机蒙皮结构件,开展对2060铝锂合金的焊接技术的研究十分必要。薄板铝锂合金常规焊接方法存在热输入大、变形大以及力学性能差等问题,而变极性等离子焊接技术以其稳定性高,焊接变形小的特点,能有效解决上述问题。本文采用VPPA(变极性等离子焊)对厚度为2mm的2060-T8铝锂合金的对接接头进行焊接,对不同焊接工艺参数条件下的焊缝成形进行对比分析,研究结果表明最优的焊接参数为:电极送丝速度1.76m/min,保护气10L/min,离子气1.5L/min,正反极性时间比为19:4,正极性电流70A,负极性电流110A,焊接速度330mm/min工艺参数时焊缝成形最好,并可以有效控制气孔以及未熔合等缺陷。对VPPA和TIG接头组织和力学性能分析比较可以发现:VPPA焊接接头包括焊缝、热影响区和母材,焊缝区包括细晶区,柱状晶区和等轴晶区,母材主要由α-Al和大量弥散的析出强化相T1(Al2CuLi)相等组成,热影响区中的T1相部分溶解,析出了大量弥散强化相Al3Li和TB相,焊缝组成相为α-Al基体相、T相(Al LiSi)、T2相(Al6CuLi3)、TB相(Al7Cu4Li)和Si相,焊缝的显微硬度最低,成为焊接接头的薄弱环节。与VPPA焊接接头相比,交流TIG焊接接头组织基本相同,但热影响区T1相溶解更多,而且VPPA细晶粒区分布在熔合线附近的焊缝下部,交流TIG焊细晶粒区均匀分布在熔合线附近且较薄,细晶粒区的分布与熔池流动和Al3Zr粒子非均匀形核作用以及Li元素作用有关,并影响焊接接头的断裂行为。VPPA焊接接头抗拉强度最大值为401.7MPa,是母材强度的80%,高于交流TIG焊接接头抗拉强度300MPa。通过接头拉伸断裂行为分析可以发现,交流TIG焊接接头与VPPA焊接接头断口均表现为微孔聚集型断裂与准解理断裂的复合形式,但两者断裂行为有所不同,VPPA焊接接头断口表现出更强的韧性断裂特征,断裂于焊缝中部,而交流TIG焊接接头断裂于细晶区与柱状晶区交界处。细晶粒区的分布对接头拉伸性能具有很大影响,均匀分布在熔合线附近的细晶粒区与柱状晶区晶粒差异较大,拉伸过程中变形不协调,塑性较差是影响交流TIG焊接接头断裂主要因素,导致其拉伸强度较低;而偏聚分布在焊缝底部的细晶粒区并未影响VPPA焊接接头断裂,第二相及气孔缺陷是影响VPPA焊接接头断裂的主要因素。为了提高接头的整体力学性能,对VPPA接头进行热处理,发现采用510℃固溶1h,15-20℃水淬,165℃时效20h的热处理工艺后,焊缝组织主要强化相为T相。焊接接头整体显微硬度增大,抗拉强度达到469.3MPa,超过了母材强度的90%,断裂位置位于焊缝中部,仍是焊接接头薄弱环节。
张玉岐, 杨春利, 林叁宝, 范成磊[7]2015年在《2195铝锂合金超声TIG焊的组织与性能分析》文中提出采用了普通TIG焊和超声复合TIG焊对2 mm厚度的2195铝锂合金进行了平板对接焊,并对两种焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究.结果表明,由于超声的作用效果,超声TIG焊的焊缝具有更加致密的组织,熔合区附近的等轴细晶区区域较宽;拉伸性能测试表明,超声TIG焊接头具有较高的拉伸性能,接头强度系数比普通TIG焊提高6.7%,断后伸长率提高1.36%,拉伸接头均断裂在热影响区硬脆的晶界相内,显微硬度测试表明超声TIG焊接头受热影响软化区域较窄.
张澐龙[8]2013年在《铝锂合金机身壁板结构激光焊接特性研究》文中提出以T1相（Al2CuLi）为主要强化相的2060/2099新型铝锂合金具有低密度、高强度、高损伤容限等特性，其将成为国产大型客机上机身壁板的主要结构材料，发展对2060/2099铝锂合金的焊接技术是十分必要的。薄壁铝锂合金的常规焊接方法存在热输入大、变形大等问题，而双侧激光焊接技术以其稳定性高、热输入低、焊接变形小，能有效解决上述问题的出现。本文采用双侧激光焊接技术对厚度均为2mm的2060-T8和2099-T83铝锂合金组成的T型结构进行焊接，对不同光束入射角度的焊缝成形进行对比分析，最终选取22°光束入射角度，同时优化双侧激光焊接工艺，获得了外观成形良好的焊缝。工艺试验研究发现，提高焊接速度、减小激光功率可以有效控制焊接气孔缺陷。对焊接接头组织结构进行分析，为力学性能提供理论依据。焊接热影响区的主要强化相为TB相（Al7Cu4Li），在晶界析出较严重，同时发现有微裂纹；焊缝的主要强化相为纤维状的T相（AlLiSi），取代了母材原始组织大量弥散分布的T1相，弱化了焊接接头，焊缝的显微硬度最低，成为焊接接头的薄弱环节，这也正是横向拉伸优先断裂在焊缝区域的主要原因，接头横向拉伸强度平均为390.44MPa，为2060母材强度的77.9%，断口形貌是微孔聚集型断裂和准解理断裂的复合。纵向拉伸强度平均为382.66MPa，其断口上分布有尺寸较大的气孔缺陷，导致承载面积减小，影响其断裂位置的主要因素是气孔缺陷，受微观组织的影响不大。轴向拉伸的断口上分布有大小不一、数量较多的气孔，导致承载面积急剧降低，裂纹走向沿着焊缝内部最小截面积而不只是T型接头的外观最小截面积，其断裂位置受微观组织的影响不大。采用500℃固溶加165℃时效焊后热处理工艺，焊缝内部初生T相球化、次生T相弥散析出，热影响区TB相固溶到基体中，T1相重新析出；只采用165℃时效热处理工艺，接头的弥散析出相也同样增多。这两种工艺强化机制不同，但都使得焊接接头整体显微硬度增大，接头的横向拉伸强度显着提高，强度均超过了2060母材强度的90%，而焊缝仍是焊接接头的薄弱环节。
郭顺, 彭勇, 周琦, 薛忠明, 向阳[9]2018年在《2195铝锂合金和TC4钛合金异种金属电子束焊接行为研究》文中研究指明研究采用真空电子束实现对2195铝锂合金和TC4钛合金的有效连接。通过金相显微镜、扫描电镜、能量色散谱、X射线衍射等技术,分析了焊接接头的微观组织及成分特征,并通过拉伸试验对接头进行了力学性能表征。实验结果表明:铝锂合金2195和钛合金TC4能较好地实现连接,接头未发现明显的气孔和裂纹。在连接界面处,金属间化合物以棒状、锯齿状、和胞状等形态生长,其主要成分为Ti Al3。接头在连接较弱的焊缝中心起裂,平均抗拉强度260 MPa。
张心怡[10]2016年在《2060铝锂合金激光焊接组织及力学性能研究》文中进行了进一步梳理铝锂合金是目前航空航天工业中最具应用潜力的新型轻质结构材料。激光焊接技术具有能量密度高、热输入小、焊接变形小以及加工柔性高等特点,可实现飞机制造中复杂结构的高精度叁维拼接。然而,高强铝锂合金激光焊接头强韧性不足阻碍了其在航空、航天领域的应用。本文针对该难题,通过采用填充焊丝及稀土元素合金化等措施对高强铝锂合金激光焊接焊缝组织与性能进行调控,以期获得强韧性的最优匹配。论文以2060新型高强铝锂合金为对象,详细研究采用两种商用焊丝时焊缝的组织及性能,在此基础上添加稀土钪Sc,研究其对组织及性能的影响规律及作用机理。首先,研究了高强铝锂合金激光焊接接头局部微观组织的演变规律。通过考察填充4047 Al-Si焊丝接头不同区域的组织形态及析出相特征,并且利用显微硬度及小试样拉伸试验考察接头局部力学性能特点。结果表明,焊缝区强度较低,HAZ区内的局部强度随距熔合线距离增加而逐渐升高。靠近焊缝边缘的PMZ液化区形成共晶组织,使其硬度值最低。HAZ区的软化现象主要与强化相粒子数量明显减少有关。在温度较高的HAZ区域内原母材强化相完全溶解,随后析出少量的纳米级球状6’相(A13Li),而在较远处温度较低的HAZ区域,发生强化相聚合长大的过时效现象,使强度低于母材强度。其次,考察分别填充5087 Al-Mg及4047 Al-Si两种商用焊丝时焊缝组织及接头力学性能特点。结果表明,填充Al-Mg焊丝时,焊缝内形成大量的二十面体准晶相T2相(Al6Cu(Li,Mg)3),呈网状连续分布于晶界及枝晶间,使焊缝强度较低,接头抗拉强度为母材强度的63%。填充Al-Si焊丝时,焊缝内除θ相(Al2Cu)和少量的Mg2Si相外,大量不规则形的块状硬质相AlLiSi相形成,使焊缝强度较高,接头抗拉强度达到母材强度的70%以上然后,在填充Al-Mg及Al-Si焊丝的基础上分别继续添加sc,并对填充sc时采用两种焊丝的接头组织和性能进行对比分析。结果表明,添加sc均使接头组织和性能得到明显改善。焊缝组织显着细化,柱状晶消失,使得焊缝显微硬度显着增加,与母材硬度差异减小。当采用Al-Si焊丝焊接时,除了形成少量的含Sc第二相外,添加Sc后未改变焊缝内主要析出相种类。当采用Al-Mg焊丝焊接时,Sc的加入促进了θ相析出,但是由于仍有T,相存在,使其接头性能低于填充Al-Si焊丝时的接头性能。通过调整Sc的添加量,考察焊缝中Sc含量对焊缝组织及接头性能的影响规律。通过分析焊缝晶粒尺寸、析出第二相的种类及数量等,建立不同Sc含量时的焊缝组织细化效果以及Sc的存在形式与接头力学性能之间的变化关系。结果表明,填充两种焊丝的接头力学性能随焊缝中Sc含量的增加均有先增加后减小的趋势。只有当焊缝中形成初生Al3Sc相,才会对焊缝组织产生显着的细化作用而引起细晶强化。继续增加Sc的填充量,焊缝晶粒尺寸随Sc含量的变化减小,但是含Sc的第二相数量增加,接头的抗拉强度及延伸率明显下降。当焊缝中的Sc含量为0.72%时,填充4047 Al-Si焊丝的2060-T8铝锂合金激光焊接接头具有良好的综合力学性能,接头强韧性可以达到最优匹配,焊态下接头强度系数超过90%,延伸率由1.63%增加到3.63%。
参考文献：
[1]. 2195铝锂合金焊接接头组织与性能[D]. 郭飞跃. 中南大学. 2003
[2]. 2195铝锂合金焊接工艺及其接头组织性能研究[D]. 束彪. 沈阳航空工业学院. 2009
[3]. 2195铝锂合金焊接热裂纹敏感性和焊接材料研究[D]. 李小飞. 北京航空材料研究院. 2007
[4]. 2195-T8铝锂合金激光焊接接头的组织与性能[J]. 倪彪, 孟威, 李铸国. 机械工程材料. 2017
[5]. 铝锂合金电子束焊接工艺及其接头组织与性能[D]. 俞旷. 南京航空航天大学. 2012
[6]. 2060铝锂合金变极性等离子焊接特性研究[D]. 杨旭东. 哈尔滨工业大学. 2016
[7]. 2195铝锂合金超声TIG焊的组织与性能分析[J]. 张玉岐, 杨春利, 林叁宝, 范成磊. 焊接学报. 2015
[8]. 铝锂合金机身壁板结构激光焊接特性研究[D]. 张澐龙. 哈尔滨工业大学. 2013
[9]. 2195铝锂合金和TC4钛合金异种金属电子束焊接行为研究[J]. 郭顺, 彭勇, 周琦, 薛忠明, 向阳. 真空科学与技术学报. 2018
[10]. 2060铝锂合金激光焊接组织及力学性能研究[D]. 张心怡. 北京工业大学. 2016
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