2219铝合金焊缝组织及其对力学性能的影响
- 格式：pdf
- 大小：2.06 MB
- 文档页数：5
第37卷第1期南京理工大学学报V ol37N o l ：：兰!!!童!旦：一：：：』!兰竺兰些些堂!!!堡!!篁竺!!堡竺!呈!里竺竺兰坠—：：：：—：—：—坠生兰圣!!!兰2219铝合金焊缝组织及其对力学性能的影响薛彩军，许江波，梁珩，张俊苗，林鸿志(南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，江苏南京210016)摘要：针对厚度为4m m的2219一R7铝合金进行惰性气体钨极保护焊(T ungst e n i ner t gas a r c w el di ng，r兀G A w)试验研究，分析焊缝的组织结构及力学性能。
拉伸试验结果显示，接头试样平均屈服强度为母材的49．3％，乎均抗拉强度为母材的67．8％，断后伸长率为母材的18．5％。
测试了焊接试样各区域的显微硬度，测试结果表明焊缝区域硬度高于其他部位，其中熔合线和热影响区之间的显微硬度最低，同时焊接试样的整体区域硬度均比母材低。
对焊接试样进行腐蚀试验。
发现接头焊缝区抗腐蚀能力明显强于母材。
要提高2219铝合金焊接性能，需改进焊接工艺，减少熔合区以及热影响区的粗大晶粒的形成，解决C uA l2相的偏析等问题。
关键词：2219铝合金；焊接接头；微观组织；力学性能；惰性气体钨极保护焊中图分类号：TG047文章编号：1005—9830(2013)0卜0145—05M i cr ost r uct ure and eI I bct s of m e cha l l i cal pr oper t i e s of2219al呱l i删呱al I oy w el ded j oi ntX ue C ai j un，X u J i an曲o，L i ang H eng，Z ha ng J unm i ao，Li n H ongzhi(St at e K e y L出or at or y of M ec hani c s and C ont r ol of M e c hani cal St m ct ur es，N anj i ng U ni ver s i t yof A er onaut i cs and A st r onaut i cs，N anj i ng2100l6，C hi na)A bst r act：M i c r os t m c t ur e and m echani s m pr opert i es0f2219—1湛7al um i num a110y11G w eI d i Di nt w i t h10m m t hi cknes s ar e st udi e d．T he t es t r es ul t s s how t ha t t he av er ag e yi el d s t r en gt h of t he w el d s ea m is49．3％，t he t ens i l e st r eIl酗i s67．8％and t he el ongat i on盛er t he＆aet ur e i s65．4％of t he bas e m et al．T ens i l e f hct ur es a r e obs eⅣed f南m t he m i c r ogr am s．M i c r0．ha r dness i s t he h设hes t i n t he w e l dzo ne and￡he l ow es￡on t he f hsi on l i ne a nd i n t he heat i nf l u eneed zone．T he ha r dnes s of t he w hol e pl at e i s l ow er t han t ha t of t he ba se m e t al af t er w el di ng．T he coI T o s i on t e st s how s t ha t t he con-o s i on of t he w e l d zon e i s bet t er t ha n t hat of t he ba se m et aL T he r esea r ch r evul t s s how t hat t he D er{．oH nance of 2219al um i num al l oy w e l di ng ca n be i m pm V e d by m el i or at i n g t he w e I di ngpI．oce ss w hi ch ca n 收稿日期：2012～06—20修回日期：2012一09一15基金项目：江苏省自然科学基金(BK2012795)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(N02012081)：江苏高校优势学科建设工程资助项目作者简介：薛彩军(1973一)，男，博士，副教授，主要研究方向：飞行器结构强度，E—m ai l：cj xue@nuaa．edu．cn。
引文格式：薛彩军，许江波，梁珩，等．2219铝合金焊缝组织及其对力学性能的影响[J]．南京理工大学学报，2013，37(1)：145—149．投稿网址：ht t p：／／nj l gdx】【b．p印eronce．org146南京理工大学学报第37卷第l期dec r ea se t he f onnat i on of t he f usi onzon e and hea t—i nnuenced zone，a nd s ol vi ng t he pm bl e m s ofC uA l2s egre ga t i on，e t c．I【ey、和l r ds：2219al um i num a110y；w el di ng j oi nt s；m i c m st l l l ct ur es；m echani sm pr oper t i es；t ungs t eni ne n gas a r c w e l di ng2219—7r87铝合金舢一C u—M n系析出强化型高强铝合金，具有高低温力学性能好、焊接性能优良以及抗应力腐蚀性能好等特点，因此被广泛应用于航天运载器的贮箱结构中¨。
3J。
惰性气体钨极保护焊(1’岫gs ten i ne rt gas a r c w el di ng，1f IG A W)方法简单、成本低、效果明显，因此有很多学者对这种焊接方法进行了研究。
汪洪峰等对5554铝合金耵G A w焊接头的进行金相组织、显微硬度和断口形貌观察和分析"1；王春炎等对2219铝合金搅拌摩擦焊结构的力学性能进行了研究陋1；从保强等探讨了不同加工工艺对焊缝组织及力学性能的影响M J，王良模等提出铝合金结构的疲劳寿命分析方法"J。
综观现有文献研究工作，国内外对2219铝合金1f I G A W研究工作较少。
对焊接接头进行金相分析，可以对接头力学性能有比较充分的了解和预测。
基于上述原因，采用r I’I G A W对2219一R7铝合金进行焊接试验，利用光学显微镜、拉伸试验机和硬度测试仪等对焊缝微观组织进行观察，分析其相关的力学性能，以期为2219—1187铝合金r I'I G A W提供了一定的参考。
1试验材料及方法1．1试验材料试验材料选用热处理强化的4m m厚的2219一鸭7高强度铝合金板材，懦7表示母材热处理工艺参数为固溶处理后，经7％冷加工冷变形，然后进行人工时效。
2219一髑7化学成分如表1所示。
表l2219一髑7铝合金主要化学成分材料Si Fe C u M n Z r A l 22190．2O．35．8。
6．8O．3O．18余量1．2试验方法利用T I G A w对2219一聪7铝合金板材进行焊接。
焊前用碱性溶液去除表面油污，再用酸性溶液去除表面氧化层。
焊接采用坡口对接焊，焊接电流为220—240A，电压为30V，焊速为9I n／h。
焊后沿试样横截面(轧制向)截取试样，为了使观察结果能够涵盖焊接接头所有微观组织区域，采用偏心切割的取样方法，取样的位置、试样的形状及尺寸如图1所示。
然后用酸溶液对抛光后的试样进行浸蚀，在光学显微镜下观察母材和TI G A W接头的微观组织。
再用显微硬度计测量焊接接头的显微硬度；依据国家标准G B／T 2649～1989《焊接接头机械性能试验取样方法》和G B／T2281002《金属材料室温拉伸试验方法》制取试样，其平行段长度为120m m，宽度为25m m，如图2和图3所示。
分别进行室温拉伸试验和腐蚀试验。
图1金相观察试样制备方法图2焊接接头试样示意图图3焊接接头试样2试验结果及分析2．1焊缝显微组织分析根据金相组织结果，将接头分为焊缝区、熔合区、热影响区和母材4个区域。
图4(a)为2219一隅7铝合金母材在25℃的显微组织。
可以看到母材为板条组织，有明显的轧制痕迹，主要相组成物为仪固溶体、9相(C uA l：)和r相(C uM n2A l：)。
其中p相和r相是主要的强化相，T i灿s在合金的凝固过程中起核心作用，细化组织。
图中长条状及颗粒状组织为p沉淀相。
图4(b)为焊缝区显微组织照片。
焊缝区是由焊接材料与母材经过熔化、冷却、凝固形成的铸造组织。
由于垂直于等温线方向是最大温度梯度的方向，散热速度最快，所以晶粒的长大方向与等温线垂直。
可以看出，焊缝区靠近熔合区的晶粒较为粗大，原因是由于在焊接热循环作用下，母材的晶粒容易过热粗化。
而焊缝区中心的晶粒均匀细小，排列缜密。
这是因为焊接接头是经由多层焊接加工而成，原先较为粗大的柱状晶粒受到焊层的热作用再结晶、细化，减少了焊接接头的脆性，其力学性能较单层焊接时有较大的提高。
熔合区的组织形态较为复杂，如图4(c)和(d)所示，包含着焊缝区边缘的未混合区和母材的半熔化区。
这部分的晶粒由焊缝区的完全熔化过渡到局部熔化后的液相与固相共存。
可以看出靠近焊缝区的晶粒为柱状晶粒，然后逐渐过渡转变为热影响区等轴晶粒。
热影响区温度没有焊缝区高，但作用时间较长，且在焊接过程中所受热影响差别很大。
靠近热源的部分加热速度快，峰值温度高，冷却速度快，因此晶粒长大速度也快，尺寸远大于母材中的晶粒尺寸，形态为等轴晶粒，如图4(e)所示。
远离热源的热影响区部分，受到热源的影响较小，该区域组织部分经受了重结晶相变，剩余部分保持母材原始组织，故该部分晶粒大小与形态最接近母材，如图4(f)所示。
2．2显微硬度分析由金相分析得知，焊缝中心由致密性较好的晶体组织组成，其韧性好，硬度高。
熔合区则存在较为粗大柱状组织，其韧性差，脆性高，硬度较低。
焊缝熔合区内部分熔化区部位，母材受热经历了熔化和凝固过程。
