铝锂合金的氩弧焊工艺

1、铝锂合金的氩弧焊工艺南京航空航天大学周国兴赵后良摘要研究了Al2研究表明,用经过净化的氩气保护并Li2Mg2Cu2Zr系国产铝锂合金的焊接性。带拖罩的氩弧对铝锂合金进行焊接,焊接接头及其热影响区表面仅有轻微的氧化色,金相分析表明,焊接接头结合良好,具有好的机械性能。关键词:铝锂合金氩弧焊焊接工艺Keywords:Al2LialloyArgonarcweldingWeldingprocessThemetallographanalysisindicatesthatthejointspossessvery铝锂合金是一种极有吸引力和发展前途的航空航天材料。焊接铝锂合金时,存在的几个主要问题是焊缝气孔、

2、裂纹和接头强度系数较低。目前对铝锂合金采用了钨极惰性气体保护电弧焊(TIG)、熔化极惰性气体保护电弧焊(MIG)、激光焊、电阻焊和变极性等离子弧(VPPA)焊等焊接方法;比较起来,TIG和普遍采用的方法。本文研究了MIG焊仍是经济的、Al2Li合金的TIG焊工艺及焊接接头性能。合金试样,焊缝表面光滑、无裂纹与气孔,试样靠垫板一面仍保持原来的金属光泽。(2)显微组织金相照片显示,用经过净化的氩气并带拖罩保护的氩弧焊得到的焊接试样比一般氩弧焊的焊接试样中黑色氧化物明显减少,接头处基体结合良好,焊缝呈细等轴晶形态。而用普通的氩弧焊工艺焊接的接头焊缝与基体过渡显著,焊缝对于焊件尤如一条分界线,机械性能

3、不是连续过渡的,机械性能试验结果见表1。可见用经净化的氩气并带拖罩的保护的氩弧焊试样的抗拉强度明显高于用普遍工艺的氩弧焊试样。表1机械性能试验结果工艺原材料:8090铝锂合金自然时效普通工艺氩弧焊固溶时效氩气净化,拖罩保护氩弧焊固溶时效注:表中性能为对接焊缝磨平试验数据机械性能b(Nmm)(%)499216324212.631试验方法及设备试验所用的铝锂合金8090为固溶处理挤压状态,硬度为HRF103。试样尺寸为35mm×200mm棒材,线切割成厚度为1.5mm、2.0mm、3.5mm的试样。采用的设备为国产NSA2400氩弧焊机,金相显CAMEBAX2MICRO型电子探针扫描电镜

4、、微镜、显微硬度计、电子式万能试验机、加热炉、氩气净化器、拖罩和上海产瓶装氩气。通过采用不同的工艺,比较焊接接头的性能。为消除气孔,焊前用机械法清洁试样,再用丙酮清洗。氩气未经处理时,所焊试件表面氧化较严重,焊缝及热影响区表面灰黑色。目检焊缝表面粗糙,凹凸不平,故对氩气进行净化处理,以尽可能减少工业用氩气中所含的有害杂质氮、氧及水蒸气,并加强焊缝及热影响区的正反面保护。为了加强冷却和保护,焊缝背面垫通氩气的紫铜管,正面加拖罩。(3)显微硬度试验用显微硬度计对焊缝加载测试,焊缝硬度从中心到母材逐渐增高。中心区域硬度比较稳定,但从该稳定区开始,硬度呈上升趋势,硬度数值曲线波动明显,波峰、波谷差值较

5、大,且线中有显著突变。这是因为,经正常冶炼、加工和热处理的铝锂合金板材中,80%存在大量2030nm和少量100nm左右的亚稳立方ZrAl3粒子。ZrAl3粒子(熔点1577)在平均温度为10002000的熔池中和在电弧高温作用下,很难保持不熔解,但熔池中温度分布是不均匀的,在熔合线附近,特别是在未混合区,母材刚熔化就开始凝固,液态停留时间短,过热程度轻,这时该部位的因此,高熔点、高硬ZrAl3粒子因未熔解而保留下来。2试验结果与分析(1)表面质量用经过净化的氩气并带拖罩保护的氩弧焊铝锂22© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,

6、 Ltd. All rights reserved.1998年第1期度的ZrAl3在焊缝中心区分布少,而靠近母材区分布量多,致使显微硬度在中心区比较稳定,靠近母材逐渐增大,且突变增多。(4)电子探针微区域分析化的氩气并带拖罩保护的氩弧焊得到焊接接头,经固溶时效处理,具有相当好的机械性能,经进一步完善,该氩弧焊工艺可用于航空航天结构焊接。参考文献1.于尔靖等,铝锂合金焊缝凝固组织特征,焊接学报,1996,17(1)12.夏德顺译,前苏联与美国铝锂合金的焊接,宇航材料用电子探针对普通工艺氩弧焊试样与净化氩气、加拖罩的氩弧焊试样进行微区域成分测量,发现前者镁、铝在焊缝与基体中重量百分比含量变化明显,

7、而后者成分含量变化小。分析表明:用净化氩气,加拖罩保护而得的氩弧焊接头,铝、镁元素在焊缝中的含量比在基体中的含量略有减少,故机械性能虽有下降,但下降不明显,这说明加强焊缝保护、净化氩气的工艺,对提高焊缝机械性能有很重要的作用。工艺,1993,(4)463.曹运红,铝锂合金的可焊性,宇航材料工艺,1993,(4)504.邱惠中,铝锂合金的发展概况及其应用,宇航材料工艺,1993,(4)383结论与用普通氩弧焊工艺得到接头相比,用经过净(上接第21页)璃布+玄武岩棉或其他保温涂料。作者:周国兴邮编:210016通信地址:南京航空航天大学无人机所工艺室模具与坯料间加保温衬垫,其成分与包裹锭子的材料相

8、同。坯料采用气体火焰炉或箱式电炉加热,模具为5CrNiMo或5CrNiW,模具预热温度300500。采用6等模具时,模具预热温度可以稍6结论俄罗斯变形高温合金的工艺是在传统工艺及装备基础上不断探索创新发展起来的新技术,其工艺路线可以归纳为:二次重熔铸锭减少铸造偏析均匀化及缓冷处理(+预镦粗)以改善组织均匀性及工艺性能挤压及 或多次镦粗(+中间退火及缓冷)制取细晶镦粗普通模锻或热模锻条件下的超塑性模锻线的固溶处理+时效,工艺实践在理论分析的指导下特别强调了组织均匀化处理提高工艺塑性、强化保温等工艺措施,实现了准超塑性锻造。采用该工艺成功地研制了多种高性能高温合金及盘轴类零件,为俄罗斯未来高性能发

9、动机的发展准备了优质的材料。参考文献1.22高一些,比较理想的热模锻模具预热温度最好是不低于800。采用上述工艺已成功锻出重达350kg的盘件,俄国工艺可以保证盘件组织均匀,除表面23mm的难变形区组织不合格外,其他区域可以获得无残留枝晶的均匀细晶(<10m)组织。锻件余量一般在78mm。表2为热处理后盘件的性能。实际盘件模锻中,为了克服铸造组织不均匀性,在工步间根据需要也可能使用高于固溶线温度的固溶处理或变形,其原因是铸造偏析组织在低于)相区的挤压固溶线温度下很难去除,甚至是(+后偏析组织效应依然存在,从而造成枝晶干与枝晶间区域变形再结晶特性不同,影响性能的稳定性。对不同含量镍基高温合金,俄国研究者总结了热加工温度与合金固溶线温度的关系,见图3。2 ,1994,25822642.,1993,25822643.,.,.,1993,9