鋁鋰合金的氬弧焊工藝

1、鋁鋰合金的氬弧焊工藝南京航空航天大學(xué)周國(guó)興趙后良摘要研究了Al2研究表明,用經(jīng)過(guò)凈化的氬氣保護(hù)并Li2Mg2Cu2Zr系國(guó)產(chǎn)鋁鋰合金的焊接性。帶拖罩的氬弧對(duì)鋁鋰合金進(jìn)行焊接,焊接接頭及其熱影響區(qū)表面僅有輕微的氧化色,金相分析表明,焊接接頭結(jié)合良好,具有好的機(jī)械性能。關(guān)鍵詞:鋁鋰合金氬弧焊焊接工藝Keywords:Al2LialloyArgonarcweldingWeldingprocessThemetallographanalysisindicatesthatthejointspossessvery鋁鋰合金是一種極有吸引力和發(fā)展前途的航空航天材料。焊接鋁鋰合金時(shí),存在的幾個(gè)主要問(wèn)題是焊縫氣孔、

2、裂紋和接頭強(qiáng)度系數(shù)較低。目前對(duì)鋁鋰合金采用了鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊(TIG)、熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊(MIG)、激光焊、電阻焊和變極性等離子弧(VPPA)焊等焊接方法;比較起來(lái),TIG和普遍采用的方法。本文研究了MIG焊仍是經(jīng)濟(jì)的、Al2Li合金的TIG焊工藝及焊接接頭性能。合金試樣,焊縫表面光滑、無(wú)裂紋與氣孔,試樣靠墊板一面仍保持原來(lái)的金屬光澤。(2)顯微組織金相照片顯示,用經(jīng)過(guò)凈化的氬氣并帶拖罩保護(hù)的氬弧焊得到的焊接試樣比一般氬弧焊的焊接試樣中黑色氧化物明顯減少,接頭處基體結(jié)合良好,焊縫呈細(xì)等軸晶形態(tài)。而用普通的氬弧焊工藝焊接的接頭焊縫與基體過(guò)渡顯著,焊縫對(duì)于焊件尤如一條分界線,機(jī)械性能

3、不是連續(xù)過(guò)渡的,機(jī)械性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1?？梢?jiàn)用經(jīng)凈化的氬氣并帶拖罩的保護(hù)的氬弧焊試樣的抗拉強(qiáng)度明顯高于用普遍工藝的氬弧焊試樣。表1機(jī)械性能試驗(yàn)結(jié)果工藝原材料:8090鋁鋰合金自然時(shí)效普通工藝氬弧焊固溶時(shí)效氬氣凈化,拖罩保護(hù)氬弧焊固溶時(shí)效注:表中性能為對(duì)接焊縫磨平試驗(yàn)數(shù)據(jù)機(jī)械性能b(Nmm)(%)499216324212.631試驗(yàn)方法及設(shè)備試驗(yàn)所用的鋁鋰合金8090為固溶處理擠壓狀態(tài),硬度為HRF103。試樣尺寸為35mm×200mm棒材,線切割成厚度為1.5mm、2.0mm、3.5mm的試樣。采用的設(shè)備為國(guó)產(chǎn)NSA2400氬弧焊機(jī),金相顯CAMEBAX2MICRO型電子探針掃描電鏡

4、、微鏡、顯微硬度計(jì)、電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、加熱爐、氬氣凈化器、拖罩和上海產(chǎn)瓶裝氬氣。通過(guò)采用不同的工藝,比較焊接接頭的性能。為消除氣孔,焊前用機(jī)械法清潔試樣,再用丙酮清洗。氬氣未經(jīng)處理時(shí),所焊試件表面氧化較嚴(yán)重,焊縫及熱影響區(qū)表面灰黑色。目檢焊縫表面粗糙,凹凸不平,故對(duì)氬氣進(jìn)行凈化處理,以盡可能減少工業(yè)用氬氣中所含的有害雜質(zhì)氮、氧及水蒸氣,并加強(qiáng)焊縫及熱影響區(qū)的正反面保護(hù)。為了加強(qiáng)冷卻和保護(hù),焊縫背面墊通氬氣的紫銅管,正面加拖罩。(3)顯微硬度試驗(yàn)用顯微硬度計(jì)對(duì)焊縫加載測(cè)試,焊縫硬度從中心到母材逐漸增高。中心區(qū)域硬度比較穩(wěn)定,但從該穩(wěn)定區(qū)開(kāi)始,硬度呈上升趨勢(shì),硬度數(shù)值曲線波動(dòng)明顯,波峰、波谷差值較

5、大,且線中有顯著突變。這是因?yàn)?經(jīng)正常冶煉、加工和熱處理的鋁鋰合金板材中,80%存在大量2030nm和少量100nm左右的亞穩(wěn)立方ZrAl3粒子。ZrAl3粒子(熔點(diǎn)1577)在平均溫度為10002000的熔池中和在電弧高溫作用下,很難保持不熔解,但熔池中溫度分布是不均勻的,在熔合線附近,特別是在未混合區(qū),母材剛?cè)刍烷_(kāi)始凝固,液態(tài)停留時(shí)間短,過(guò)熱程度輕,這時(shí)該部位的因此,高熔點(diǎn)、高硬ZrAl3粒子因未熔解而保留下來(lái)。2試驗(yàn)結(jié)果與分析(1)表面質(zhì)量用經(jīng)過(guò)凈化的氬氣并帶拖罩保護(hù)的氬弧焊鋁鋰22© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,

6、 Ltd. All rights reserved.1998年第1期度的ZrAl3在焊縫中心區(qū)分布少,而靠近母材區(qū)分布量多,致使顯微硬度在中心區(qū)比較穩(wěn)定,靠近母材逐漸增大,且突變?cè)龆唷?4)電子探針微區(qū)域分析化的氬氣并帶拖罩保護(hù)的氬弧焊得到焊接接頭,經(jīng)固溶時(shí)效處理,具有相當(dāng)好的機(jī)械性能,經(jīng)進(jìn)一步完善,該氬弧焊工藝可用于航空航天結(jié)構(gòu)焊接。參考文獻(xiàn)1.于爾靖等,鋁鋰合金焊縫凝固組織特征,焊接學(xué)報(bào),1996,17(1)12.夏德順譯,前蘇聯(lián)與美國(guó)鋁鋰合金的焊接,宇航材料用電子探針對(duì)普通工藝氬弧焊試樣與凈化氬氣、加拖罩的氬弧焊試樣進(jìn)行微區(qū)域成分測(cè)量,發(fā)現(xiàn)前者鎂、鋁在焊縫與基體中重量百分比含量變化明顯,

7、而后者成分含量變化小。分析表明:用凈化氬氣,加拖罩保護(hù)而得的氬弧焊接頭,鋁、鎂元素在焊縫中的含量比在基體中的含量略有減少,故機(jī)械性能雖有下降,但下降不明顯,這說(shuō)明加強(qiáng)焊縫保護(hù)、凈化氬氣的工藝,對(duì)提高焊縫機(jī)械性能有很重要的作用。工藝,1993,(4)463.曹運(yùn)紅,鋁鋰合金的可焊性,宇航材料工藝,1993,(4)504.邱惠中,鋁鋰合金的發(fā)展概況及其應(yīng)用,宇航材料工藝,1993,(4)383結(jié)論與用普通氬弧焊工藝得到接頭相比,用經(jīng)過(guò)凈(上接第21頁(yè))璃布+玄武巖棉或其他保溫涂料。作者:周國(guó)興郵編:210016通信地址:南京航空航天大學(xué)無(wú)人機(jī)所工藝室模具與坯料間加保溫襯墊,其成分與包裹錠子的材料相

8、同。坯料采用氣體火焰爐或箱式電爐加熱,模具為5CrNiMo或5CrNiW,模具預(yù)熱溫度300500。采用6等模具時(shí),模具預(yù)熱溫度可以稍6結(jié)論俄羅斯變形高溫合金的工藝是在傳統(tǒng)工藝及裝備基礎(chǔ)上不斷探索創(chuàng)新發(fā)展起來(lái)的新技術(shù),其工藝路線可以歸納為:二次重熔鑄錠減少鑄造偏析均勻化及緩冷處理(+預(yù)鐓粗)以改善組織均勻性及工藝性能擠壓及 或多次鐓粗(+中間退火及緩冷)制取細(xì)晶鐓粗普通模鍛或熱模鍛條件下的超塑性模鍛線的固溶處理+時(shí)效,工藝實(shí)踐在理論分析的指導(dǎo)下特別強(qiáng)調(diào)了組織均勻化處理提高工藝塑性、強(qiáng)化保溫等工藝措施,實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)超塑性鍛造。采用該工藝成功地研制了多種高性能高溫合金及盤軸類零件,為俄羅斯未來(lái)高性能發(fā)

9、動(dòng)機(jī)的發(fā)展準(zhǔn)備了優(yōu)質(zhì)的材料。參考文獻(xiàn)1.22高一些,比較理想的熱模鍛模具預(yù)熱溫度最好是不低于800。采用上述工藝已成功鍛出重達(dá)350kg的盤件,俄國(guó)工藝可以保證盤件組織均勻,除表面23mm的難變形區(qū)組織不合格外,其他區(qū)域可以獲得無(wú)殘留枝晶的均勻細(xì)晶(<10m)組織。鍛件余量一般在78mm。表2為熱處理后盤件的性能。實(shí)際盤件模鍛中,為了克服鑄造組織不均勻性,在工步間根據(jù)需要也可能使用高于固溶線溫度的固溶處理或變形,其原因是鑄造偏析組織在低于)相區(qū)的擠壓固溶線溫度下很難去除,甚至是(+后偏析組織效應(yīng)依然存在,從而造成枝晶干與枝晶間區(qū)域變形再結(jié)晶特性不同,影響性能的穩(wěn)定性。對(duì)不同含量鎳基高溫合金,俄國(guó)研究者總結(jié)了熱加工溫度與合金固溶線溫度的關(guān)系,見(jiàn)圖3。2 ,1994,25822642.,1993,25822643.,.,.,1993,9