含钪Al-Cu-Li合金氩弧焊接头组织与性能

作者:刘畅;潘清林;梁文杰 刊名:焊接学报 上传者:王刚

【摘要】为了探索新型含钪Al-Cu-Li-Zr合金板材的焊接接头性能,采用氩弧焊接工艺对该合金的T6峰时效态板材进行了焊接.采用室温拉伸力学性能试验、金相显微镜和透射电镜研究了焊缝的显微组织和力学性能之间的关系.结果表明,在氩弧焊条件下,采用钪与锆、锰等多组元复合微合金化焊丝对含钪Al-Cu-Li-Zr合金板材进行焊接,焊接接头的强度系数达到65%,拉伸试验断口发生在热影响区内,微量钪对焊接接头具有晶粒细化强化作用和直接析出强化作用.

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0序言铝锂合金具有密度低,弹性模量、比强度和比刚度高等优点,在航空、航天等工业领域具有广阔的应用前景[1].Sc既是稀土元素,又是3d型过渡族金属,在铝合金中兼具两者的作用.研究表明[2],在铝锂合金中添加微量Sc元素能显著提高铝锂合金的综合性能,从而扩大这些合金的用途.新一代含钪Al-Cu-Li系合金是高强耐蚀可焊铝合金,主要用作航空航天器上要求强度高同时要求焊接性好的结构部件.铝锂合金可以采用氩弧焊、激光焊、搅拌摩擦焊和钎焊等多种方法进行焊接,其中氩弧焊接工艺由于成本低、通用性好的优点,被广泛应用于铝锂合金的焊接[3].李小飞等人[4]采用自动钨极氩弧焊研究了Al-Cu-Li合金的焊接性能.结果表明,采用交流脉冲焊接方法可改善合金的抗裂性能,焊接接头强度系数能达到60%.文中采用自制的钪与锆、锰等多组元复合微合金化焊丝对含钪Al-Cu-Li-Zr合金板材进行氩弧焊接试验,研究焊接接头的性能与显微组织,旨在为这种合金板材在焊接构件中的应用提供理论和试验的依据.1试验方法以纯铝、纯锂和Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金为原料,采用活性熔剂惰性气体双重保护,水冷铜模激冷铸造法制备了试验用Al-3.5Cu-1.5Li-0.22(Sc+Zr)合金.合金铸锭均匀化处理后经热轧、冷轧成2.5mm厚的薄板.合金板材经530/1h固溶处理后,在160下时效40h(T6峰时效态),然后采用自行研制的直径为3mm的Al-Cu-Mn-Sc-Zr合金新型焊丝焊接,焊接方法采用氩弧焊.焊接在航天科技集团航天材料及工艺研究所进行,焊接工艺参数见表1.焊接后带余高的合金板材见图1,从图1可以看出,合金焊接后焊缝成形均匀.表1焊接工艺参数Table1Weldingparameters板厚b/mm喷嘴直径d/mm焊接电流I/A氩气流量q/(Lmin-1)焊接速度v/(mmmin-1)2.5121620028012-16360合金板材焊接接头抛光并采用凯勒试剂侵蚀后,在401MVD数显显微维氏硬度计上沿垂直于焊道方向,按国家标准GB/T4340.11999进行显微硬度测试.合金基材及焊接接头拉伸试样沿横向截取,如图2所示,拉伸性能测试在CSS-44100电子万能材料试验机上进行,拉伸速率为1mm/min,数据取三次试验的平均值.采用POLYVER-MET金相显微镜观察焊接接头各区域的显微组织;透射电镜试样取自焊接接头不同区域,经机械预减薄后,在硝酸和甲醇的混合溶液(体积比为1:3)中于-20条件下双喷穿孔制成薄膜样品,显微组织观察在TECNAIG220分析电镜上进行.2试验结果2.1焊接接头力学性能图3为合金板材焊接接头显微硬度分布.合金基材和带余高的焊接接头拉伸性能见表2.由图3可知,合金的焊接接头的硬度以焊缝中图3焊接接头显微维氏硬度分布Fig.3ProfilesofVickershardnessofweldedjoints表2合金板材焊接接头和基材拉伸力学性能Table2Tensilepropertiesofweldedjointsandbasemet-alatroomtemperature材料抗拉强度Rm/MPa屈服强度ReL/MPa断后伸长率A(%)焊接接头强度系数断裂部位合金板材4904139.8焊接接头3190.65热影响区心线为对称轴呈近似对称分布,焊缝中心硬度较低,发生了软化.随着距焊缝中心距离的增大,硬度呈现逐渐或成小幅振荡式增高,直至达到基材的硬度.由表2也可以看出,合金焊接接头的强度319MPa,焊接系数达到65%,说明焊接效果是比

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