高強(qiáng)鋁合金雙絲GMAW焊接工藝

1、沈陽工學(xué)院畢業(yè)論文摘 要 2519高強(qiáng)鋁合金是一種新型裝甲材料，具有比較高的比強(qiáng)度和比剛度以及良好的加工和力學(xué)性能，其優(yōu)點(diǎn)是其在抗彈性能不低于原7039裝甲鋁合金前提下，在海水及鹽霧環(huán)境下的抗應(yīng)力腐蝕性能明顯提高，到目前為止是制造輕型裝甲戰(zhàn)車的比較理想的材料。鋁合金裝甲在生產(chǎn)過程中通常采用電弧焊的方法進(jìn)行連接，但是焊接過程中存在問題，比如熱裂傾向大、氣孔敏感性高等問題，同時(shí)2519鋁合金對(duì)焊接熱輸入還比較敏感，如果工藝規(guī)范控制不當(dāng)接頭組織會(huì)發(fā)生變化，并且影響焊縫及熱影響區(qū)的性能，從而嚴(yán)重降低了焊接結(jié)構(gòu)件的總體強(qiáng)度和使用壽命，這些種種特點(diǎn)使得2519鋁合金在國內(nèi)目前還沒有得到推廣和應(yīng)用。炮塔裝甲

2、構(gòu)件通常都有點(diǎn)厚大（厚度達(dá)20-80mm） ，用常規(guī)弧焊方法進(jìn)行連接，生產(chǎn)效率非常低。而雙絲GMAW焊方法是近年來新推出的焊接方法，和普通單絲GMAW焊相比，雙絲焊具有以下特點(diǎn)，焊接效率高、熱影響區(qū)小、低飛濺和低氣孔率等，它適用于厚板鋁合金裝甲的生產(chǎn)。本次論文選用材料2519高強(qiáng)度鋁合金，針對(duì)2519高強(qiáng)鋁合金厚板雙絲GMAW焊接工藝進(jìn)行探索和研究。探討焊接接頭組織性能，力學(xué)性能等試驗(yàn)方法，分析焊接接頭的宏觀形貌、顯微組織、機(jī)械力學(xué)性能和焊縫析出相。 關(guān)鍵詞：2519高強(qiáng)度鋁合金；GMAW焊接；組織；力學(xué)性能 IAbstract 2519 high strength aluminum allo

3、y is a new type of armor materials, has a relatively high specific strength and specific stiffness and good processing and mechanical properties, its advantage is its resistance to aluminum alloy on the premise of not less than the original 7039 armor, under the environment of sea water and salt fog

4、 obviously improve the stress corrosion resistance, so far is the ideal material to make light armored vehicles.Aluminum alloy armor in the process of production is usually adopt the method of arc welding to connect, but problems exist in the process of welding, such as cracking tendency, stomatal s

5、ensitivity is high, and 2519 aluminum alloy is sensitive to welding heat input is, if the improper control of process specification joint organization change, and affect the performance of weld seam and heat affected zone, thus severely reduces the overall strength and service life of the welded str

6、ucture, these features make 2519 aluminum alloy in domestic is still didn't get the promotion and application.Turret armor components are usually a bit heavy (20-80 - mm) in thickness, connect with conventional arc welding method, the production efficiency is very low. Double wire GMAW welding m

7、ethod is a new welding method in recent years, compared with the ordinary monofilament GMAW welding, double wire welding has the following characteristics, high welding efficiency, small heat affected zone, low spatter and low porosity, etc., it is suitable for the production of thick plate aluminum

8、 alloy armor. This paper selects 2519 high strength aluminum alloy material, 2519 high strength aluminum alloy thick plate double wire GMAW welding process to explore and research. Welding joint organization performance, mechanical properties, such as test method, analysis of the appearance of weld

9、appearance, microstructure, mechanical properties and weld precipitated phase. Key words: 2519 high strength aluminum alloy; GMAW welding; Organizations; Mechanical properties ofII目錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 高強(qiáng)度鋁合金簡介11.1.1鋁合金應(yīng)用11.1.2 鋁合金歷史發(fā)展11.1.3 鋁的特性11.2 2519高強(qiáng)度鋁合金21.2.1 2519高強(qiáng)度鋁合金力學(xué)性能21.2.2 2519高強(qiáng)

10、度鋁合金組織與性能21.2.3 2519鋁合金熱變形組織演化31.2.4 2519鋁合金的均勻化熱處理31.3課題研究的內(nèi)容和意義41.3.1課題研究的內(nèi)容41.3.2課題研究的意義4第2章 實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備及方法52.1 實(shí)驗(yàn)材料52.1.1母材52.1.2 焊接材料52.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備52.2.1 焊接設(shè)備52.2.2 拉伸性能檢測設(shè)備72.2.3 維氏硬度測試設(shè)備72.2.4 光學(xué)金相顯微觀察設(shè)備82.3 實(shí)驗(yàn)方法9第3章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析113.1 焊接接頭焊縫表面和組織分析113.1.1 DL焊縫表面分析113.1.2 XS焊縫表面分析113.1.3 2519鋁合金焊接接頭顯微組織123.

11、2 2519高強(qiáng)度鋁合金焊接接頭的硬度分布143.2.1鋁合金焊接接頭硬度分析143.2.2 2519鋁合金焊縫區(qū)硬度分析143.3 接頭的抗拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析153.4 焊接接頭沖擊試驗(yàn)結(jié)果及分析16第4章 結(jié)論17參考文獻(xiàn)18致謝19III第1章 緒論1.1 高強(qiáng)度鋁合金簡介1.1.1鋁合金應(yīng)用鋁合金是工業(yè)當(dāng)中最廣泛應(yīng)用的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航天、航空、汽車及機(jī)械制造船舶和化學(xué)工業(yè)中大量的使用。在工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展的時(shí)代，對(duì)于鋁合金焊接結(jié)構(gòu)的需求日益增加，使得鋁合金的焊接性能也變得更加深?yuàn)W和困難。1.1.2 鋁合金歷史發(fā)展 氧化鋁在1808年在實(shí)驗(yàn)室利用電解還成為鋁材，于1884年即被

12、作為建筑材料使用在美國華盛頓紀(jì)念碑尖頂上至今；鋁材加入各種金屬元素合成的鋁合金材料已被建筑工業(yè)廣泛應(yīng)用在各環(huán)節(jié)上。1908年美國鋁業(yè)公司發(fā)明電工鋁合金1050，并制成鋼芯鋁絞線，開創(chuàng)高壓遠(yuǎn)程輸電先鋒。1915年美國鋁業(yè)公司發(fā)明2017合金，1933年發(fā)明2024合金，使鋁在航空器中的應(yīng)用得以迅速擴(kuò)大。1933年美國鋁業(yè)公司發(fā)明6061合金，隨即創(chuàng)造了擠壓機(jī)淬火工藝，顯著擴(kuò)大了擠壓型材應(yīng)用范圍。1943年美國鋁業(yè)公司發(fā)明了6063合金及7075合金，開創(chuàng)了高強(qiáng)度鋁合金的新紀(jì)元。1965年美國鋁業(yè)公司又發(fā)明了A356鑄造鋁合金，這是經(jīng)典鑄造鋁合金。1.1.3 鋁的特性純鋁的密度小，密度：=2.7g

13、/cm3，是鐵的 1/3，熔點(diǎn)比較低，熔點(diǎn)是660，鋁是面心立方結(jié)構(gòu)，還有很高的塑性，:3240%，:7090%，容易加工，可制作各種型材、板材，它的抗腐蝕性能比較好。純鋁的強(qiáng)度很低，退火狀態(tài)比較好，不適合作結(jié)構(gòu)材料。人們逐漸以加入合金元素并且運(yùn)用熱處理等方法來強(qiáng)化鋁，經(jīng)過長期的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，得到了一系列的鋁合金。添加一定的元素形成的合金，在保正純鋁質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)還能具有很高的強(qiáng)度，b 值可達(dá) 2460kgf/mm2。這樣使得它的“比強(qiáng)度”強(qiáng)過很多的合金鋼，是理想的結(jié)構(gòu)型材料，廣泛用于機(jī)械制造、動(dòng)力機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械及航空工業(yè)等方面，飛機(jī)的機(jī)身、壓氣機(jī)等常以鋁合金制造，減輕自重。采用鋁合

14、金來代替鋼板材料的焊接，重量可減少一半以上。1.2 2519高強(qiáng)度鋁合金1.2.1 2519高強(qiáng)度鋁合金力學(xué)性能 通過拉伸測試、掃描電鏡與透射電鏡等方法, 來研究液氮溫度和室溫下2519鋁合金板材的拉伸力學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明: 當(dāng)變形溫度由293 K降至77 K時(shí), 合金縱向抗拉強(qiáng)度由493.64 MPa升至607.35 MPa, 提高了23.1%, 屈服強(qiáng)度由454.83 MPa上升到516.53 MPa, 提高了13.7%；而且合金低溫橫向抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度分別提高了23.6%和20.0%。低溫變形時(shí)合金縱向、橫向伸長率均有一點(diǎn)提高。這是由于在低溫變形過程中抑制平面滑移, 變形均勻性增

15、強(qiáng)，加工硬化指數(shù)增加,導(dǎo)致材料的強(qiáng)度增加, 塑性提高。1.2.2 2519高強(qiáng)度鋁合金組織與性能 使用進(jìn)口4047焊絲對(duì)2519鋁合金進(jìn)行MIG焊，對(duì)焊接接頭的力學(xué)性能和顯微組織進(jìn)行了研究。研究表明，2519鋁合金的焊接性能比較好，因?yàn)闊嵫h(huán)的作用，焊接接頭的力學(xué)性能相對(duì)于基材發(fā)生了比較大的變化。2519鋁合金焊接接頭的力學(xué)性能低于基材的性能，恰恰鋁合金最薄弱環(huán)節(jié)是焊縫處，然后是焊接熱影響區(qū)內(nèi)的軟化區(qū)，而形成軟化區(qū)的主要原因是強(qiáng)化相粒子發(fā)生過時(shí)效而粗化。2519鋁合金是Al-Cu系熱處理可強(qiáng)化合金，是20世紀(jì)80年代開發(fā)的一種新型裝甲鋁合金，雖然說2519鋁合金有著良好的綜合性能，但在焊接過程

16、當(dāng)中受到焊接熱輸入的影響，組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，焊縫及焊接熱影響區(qū)里面的合金性能發(fā)生了變化，嚴(yán)重的影響了裝甲車體焊接構(gòu)件總體強(qiáng)度和使用壽命。圖1.1 2519鋁合金焊接接頭顯微組織2519高強(qiáng)鋁合金是一種新型裝甲材料，具有比較高的比強(qiáng)度和比剛度以及良好的加工和力學(xué)性能，其優(yōu)點(diǎn)是其在抗彈性能不低于原7039裝甲鋁合金前提下，在海水及鹽霧環(huán)境下的抗應(yīng)力腐蝕性能明顯提高，到目前為止是制造輕型裝甲戰(zhàn)車的比較理想的材料。1.2.3 2519鋁合金熱變形組織演化使用Gleeble-1500熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)研究2519鋁合金高溫變形組織演化行為。分析合金在不同壓縮條件下的組織形貌特征時(shí)，利用光學(xué)顯微鏡(OM)及透

17、射電子顯微鏡(TEM)。實(shí)驗(yàn)表明，2519鋁合金在變形溫度為300450、應(yīng)變速率為0.011 s-1的條件下，僅發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)；而在變形溫度為350450，變形速率達(dá)到10 s-1的條件下變形時(shí)，發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)制為幾何動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。Gleeble-1500熱模擬機(jī)進(jìn)行高溫等溫的壓縮實(shí)驗(yàn)，研究了2519鋁合金在變形溫度為300450、應(yīng)變速率為0.0110s-1條件下的流變變形行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，變形溫度和應(yīng)變速率對(duì)合金流變應(yīng)力的大小有明顯影響，流變應(yīng)力與溫度成反比，隨溫度升高而降低，與變速率成正比，隨應(yīng)變速率的提高而增大。在應(yīng)變速率·<10s-1前提

18、下，流變應(yīng)力開始隨應(yīng)變?cè)黾佣龃?，達(dá)到峰值后趨于平穩(wěn)，表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)回復(fù)的特征；而在·=10s-1，t350的變形條件下，鋁合金發(fā)生了局部的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶?？捎冒珹rrhenius項(xiàng)的Zener2Hollomon參數(shù)描述2519鋁合金高溫塑性變形時(shí)的流變行為。1.2.4 2519鋁合金的均勻化熱處理采用掃描電鏡(SEM)、差熱掃描分析(DSC)、X射線衍射(XRD)和能譜分析(EDS)等。研究了2519鋁合金鑄態(tài)及不同工藝均勻化處理后的顯微組織結(jié)構(gòu)和合金元素分布狀況。研究結(jié)果表明:合金鑄態(tài)組織的成分偏析比較嚴(yán)重,合金元素Fe、Cu多偏聚于晶界處,形成Al2Cu和Al7Cu2Fe兩個(gè)共晶相；

19、最佳均勻化溫度是530,時(shí)間是12.15 h。在這種情況下,共晶相Al2Cu溶解充分,溶入晶內(nèi)基體中的Cu元素濃度最高；在530下進(jìn)行均勻化處理,合金也表現(xiàn)出最佳的力學(xué)性能。圖1.2均勻化動(dòng)力學(xué)曲線1.3課題研究的內(nèi)容和意義1.3.1課題研究的內(nèi)容 （1）研究2519鋁合金的特點(diǎn)分類及GMAW的焊接方法。 （2）制定2519鋁合金材料的焊接工藝，選定焊接參數(shù)，按照所選定的參數(shù)得到GMAW焊焊接的接頭試樣。 （3）打磨拋光試樣，腐蝕，用光學(xué)顯微鏡觀察焊接接頭的基體、熔合區(qū)、熱影響區(qū)及其它不同部位的組織分布、晶粒大小以及組織形態(tài)，分析這些試驗(yàn)結(jié)果可能對(duì)材料造成的影響。1.3.2課題研究的意義251

20、9高強(qiáng)鋁合金是一種新型裝甲材料，具有比較高的比強(qiáng)度和比剛度以及良好的加工和力學(xué)性能，其優(yōu)點(diǎn)是其在抗彈性能明顯提高，在海水及鹽霧環(huán)境下的抗應(yīng)力腐蝕性能明顯提高，到目前為止是制造輕型裝甲戰(zhàn)車的比較理想的材料。對(duì)國防事業(yè)支持。第2章 實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備及方法2.1 實(shí)驗(yàn)材料2.1.1母材 實(shí)驗(yàn)材料是Al-Cu，Al-Mn，Al-Zr和Al-Ti中間合金。工業(yè)純Mg、Al配制合金，板厚20mm。表2.1 2519鋁合金化學(xué)成分(%)元素種類CuMnZr TiMgZnFeSiAl含量0.0580.00280.00210.00060.00220.00200.00150.0006余量2.1.2 焊接材料本實(shí)驗(yàn)焊

21、接材料采用直徑為1.6mm的進(jìn)口4047焊絲進(jìn)行焊接表2.2 焊絲化學(xué)成分(%)元素種類CuMnZrTiMgZnFeSiAl含量0.0030.00150.0010.0020.0080.123余量2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備2.2.1 焊接設(shè)備此次實(shí)驗(yàn)用到雙絲GMAW焊接方法對(duì)2519高強(qiáng)度鋁合金進(jìn)行焊接，焊接時(shí)，系統(tǒng)由兩個(gè)相互通信協(xié)調(diào)的焊接電源，送絲機(jī)構(gòu)，一只雙通道焊槍組成來完成作業(yè)。圖2.1 雙絲GMAW高效焊接系統(tǒng)的焊槍雙絲GMAW焊接原理雙絲GMAW焊接原理如圖2.2所示，兩根焊絲通過一個(gè)特定設(shè)計(jì)的焊槍按照一定的角度送入同一個(gè)熔池當(dāng)中，兩根焊絲由它們各自的脈沖電壓、電源供電，送絲速度、脈沖頻率、脈沖

22、時(shí)間、基值電流等參數(shù)都可獨(dú)立調(diào)節(jié)，電弧控制非常靈活。雙絲GMAW焊由兩根焊絲同一時(shí)刻熔化、處于同一個(gè)熔池當(dāng)中，二者互相加熱，最大限度的減少了熱量的損耗，從而提高了生產(chǎn)效率和熔敷速度。電弧在熔化的電極和工件之間燃燒，電弧和焊接熔池通過供氣系統(tǒng)提供穩(wěn)定的CO2氣體保護(hù)罩來防止空氣進(jìn)入。 圖2.2 雙絲GMAW焊接原理圖雙絲GMAW焊接時(shí)前、后絲對(duì)焊縫成形有著非常明顯并且完全不相同的影響，如圖2.3所示，焊接時(shí)前絲與焊件垂直且使用較低的電壓和較大的電流，形成較大的熔深（S）；后絲與前絲形成一定的夾角，保持相對(duì)較小的電流和略高一點(diǎn)的電弧電壓，從而達(dá)到提高焊縫熔寬（C）的目的。因此焊接時(shí)應(yīng)根據(jù)兩根焊絲的

23、不同的作用從而選擇合適的參數(shù)。 圖2.3 前后絲對(duì)雙絲GMAW焊縫成形的影響2.2.2 拉伸性能檢測設(shè)備焊接接頭的拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)是檢測焊接接頭機(jī)械力學(xué)性能的一個(gè)重要試驗(yàn)。此次試樣進(jìn)行力學(xué)性能測試時(shí)將使用CCS-44100的電子拉伸機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，點(diǎn)焊接頭拉伸剪切測試樣。同一焊接參數(shù)下得拉伸測試數(shù)據(jù)取三個(gè)拉伸試樣測試結(jié)果得算術(shù)平均值。CCS-44100的電子拉伸機(jī)參數(shù)：型號(hào)：CCS-44100力量范圍500N-1000KN；誤差極限：示值得 0.002以內(nèi)；實(shí)驗(yàn)速度調(diào)節(jié)范圍：5-100mm/min圖2.4 CCS-44100的電子拉伸機(jī)2.2.3 維氏硬度測試設(shè)備材料的硬度是彈性形變的一個(gè)重要指標(biāo)，是

24、機(jī)械力學(xué)性能的一個(gè)比較重要檢測步驟。根據(jù)測量時(shí)采用的不同形狀的金剛石壓頭，硬度可以分為維氏顯示硬度努普顯示硬度和維氏顯示硬度兩種。努普顯示硬度是用對(duì)棱角130°和170°30形狀的金剛石四棱錐作壓入頭；維氏顯示硬度使用對(duì)棱角130°形狀的金剛石四棱錐作壓入頭。一般采用維氏顯示硬度法來進(jìn)行測量。計(jì)算公式：HV=0.0018544（P/d²）公式中HV-維氏硬度，P為載荷，單位N；d為壓痕對(duì)腳線長度平均值，單位mm。圖2.5 維氏硬度檢測計(jì)2.2.4 光學(xué)金相顯微觀察設(shè)備金相實(shí)驗(yàn)主要是用來研究分析金屬材料的力學(xué)性能與內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)成分的聯(lián)系。一般通過利用光學(xué)金

25、相顯微鏡來觀察焊縫組織成分的宏觀與微觀形象，對(duì)其焊縫進(jìn)行分析，從而來判別材料焊接接頭的質(zhì)量。這里我們用到的是POLYVAR-MET光學(xué)金相顯微鏡。一個(gè)完整的金相試驗(yàn)主要包括：取樣、鑲嵌、打磨、拋光、腐蝕、檢測等。圖2.6 光學(xué)金相顯微鏡2.3 實(shí)驗(yàn)方法采用平板對(duì)接方式，每塊試板的尺寸為500mm×120mm×20mm，試件板邊開對(duì)稱雙U形坡口，坡口角度為70°，具體形狀參數(shù)如圖2.5所示。在焊第一道焊縫時(shí)為防止焊穿，焊縫背面使用與坡口形狀一致的紫銅墊板。焊接時(shí)選用美國制造的ER2319鋁合金焊絲，焊接前應(yīng)對(duì)坡口和焊絲進(jìn)行清理，除去沾附的雜質(zhì)和油污。根據(jù)焊接層數(shù)和電

26、流的不同，共進(jìn)行了三種工藝試驗(yàn)，分別命名為大電流兩道焊（DL）、大電流四道焊（DS）和小電流四道焊（XS）。首先介紹DL和XS工藝試驗(yàn)，表2.3，表2.4分別是DL、XS工藝試驗(yàn)的焊接工藝參數(shù)。大電流兩道焊（DL）焊接時(shí)，正反各焊一道，焊接背面焊道時(shí)先進(jìn)行清除根部，并適當(dāng)增加焊接電流而降低電壓，這樣可以進(jìn)一步增大反面的熔深，減少根部可能出現(xiàn)的缺陷。XS焊接順序?yàn)橄群刚娴谝坏?，反面清根后焊第一道，再焊反面第二道，最后再焊正面第二道，這樣有利于減少焊接的變形。使用半自動(dòng)的MIG焊技術(shù)，對(duì)2519高強(qiáng)度鋁合金試樣進(jìn)行焊接對(duì)接，用單面焊，在試板上，沿著焊縫的橫向面取樣，加工成拉伸試樣（扎向的），在C

27、CS-44100的電子拉伸機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，在HVA-10A維氏硬度計(jì)上測它的維氏硬度，從焊縫中心向基材方向，開始逐點(diǎn)測量；使用JSM-5600LV掃描電鏡，用它來觀察焊接接頭的斷口，用POLYVAR-MET光學(xué)金相顯微鏡進(jìn)行觀察焊后的各區(qū)顯微組織。在距離焊縫中心8mm的熱影響區(qū)內(nèi)取樣并透射電鏡樣本，在透視鏡上觀察熱影響區(qū)和基材的析出相的大小。 圖2.7 試板坡口形式（mm）表2.3 DL焊接工藝參數(shù)焊接順序送絲速度V1（m/min）脈沖頻率f/HZ脈沖電壓U/V脈沖時(shí)間t/ms基值電流I/A焊接速度v（mm/min）正面10.07.523020025.026.02.22.0100100415

28、反面10.57.523020024.025.52.22.0100100415表2.4 XS焊接工藝參數(shù)焊接順序送絲速度V1（m/min）脈沖頻率f/HZ脈沖電壓U/V脈沖時(shí)間t/ms基值電流I/A焊接速度v/（mm/min）正面第一道7.87.023023025.526.02.12.1100100513反面第一道7.87.023023025.526.02.12.1100100513反面第二道7.67.023023025.826.52.12.1100100513正面第二道7.67.023023025.826.52.12.1100100660第3章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3.1 焊接接頭焊縫表面和組織分析

29、3.1.1 DL焊縫表面分析圖3.1是DL焊縫表面成形情況，從圖上可以看出工藝條件下焊縫成形非常良好，圖中可以看出，母材和接頭處焊縫之間的分界線比較明顯，焊接接頭的焊縫樣貌形成美觀，無未融合、氣孔、塌陷等表面缺陷的存在。焊縫為均勻重疊的魚鱗狀，焊縫無明顯的缺陷。由圖3.2焊縫橫截面圖可知，DL焊縫表面余高很小，甚至有些地方略有凹陷，這樣的接頭不能夠適應(yīng)對(duì)焊縫強(qiáng)度要求較高的裝甲車炮塔結(jié)構(gòu)件。圖3.1 DL焊縫表面成形 圖3.2 DL焊縫截面圖3.1.2 XS焊縫表面分析圖3.3是XS焊縫表面成形情況，從圖中可以看出工藝條件下焊縫成形非常良好，XS焊縫表面會(huì)比DL焊縫表面更加細(xì)膩一些。從圖3.4可

30、以看出XS焊縫表面要比DL焊縫飽滿。這樣的接頭才能夠適應(yīng)對(duì)焊縫強(qiáng)度要求比較高的裝甲車炮塔結(jié)構(gòu)件。圖3.3 XS焊縫表面成形圖3.4 XS焊縫表面成形3.1.3 2519鋁合金焊接接頭顯微組織 2519鋁合金焊接接頭在不同區(qū)域的金相顯微組織如圖3.5。通過圖上可見，2519鋁合金焊接接頭是由以下幾個(gè)區(qū)域組成，焊縫區(qū)WZ、熱影響區(qū)HAZ、熔合區(qū)FZ、和基材區(qū)BM。2519鋁合金的焊接接頭焊縫區(qū)為樹枝狀鑄態(tài)組織（圖3.5a）。熔合區(qū)靠近焊縫一側(cè)，大多都是等軸晶晶粒，但大小不一樣，不是很均勻，并有少量沿別處生長的柱狀晶粒（圖3.5b）?？拷囊粋?cè)的則與熔合區(qū)相反，是熱影響區(qū)的晶粒變化，其為細(xì)小的等軸

31、晶晶粒，晶粒大小均勻，但是也有粗化，越靠近熱影響區(qū)，粗化程度越大。（圖3.5c）。2519鋁合金基材組為完全再結(jié)晶組織。（圖3.5d）圖3.5 2519鋁合金焊接接頭不同區(qū)域的顯微組織a-WZ;b-WZFZ；c-HAZFZ;d-BM3.1.4 2519鋁合金焊縫區(qū)組織2519鋁合金熔池在冷卻過程中富Al的相先從液相中結(jié)晶出來，Cu原子大多被排擠到剩余的液相當(dāng)中。當(dāng)溫度的降低達(dá)到共晶線附近時(shí)，剩余的液相由于Cu的含量越來越多，達(dá)到共晶成分時(shí)，開始析出共晶組織（相）。圖3.6為DS焊縫區(qū)組織，圖中A，B兩位置處經(jīng)能譜分析發(fā)現(xiàn)，A處Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24.57%，大致與共晶組織成分相當(dāng)；B處Cu的質(zhì)量

32、分?jǐn)?shù)為6.68%，與相的成分比較接近。 圖3.6 DS焊縫區(qū)組織3.2 2519高強(qiáng)度鋁合金焊接接頭的硬度分布3.2.1鋁合金焊接接頭硬度分析2519鋁合金板材焊接接頭沿著焊縫垂直的方向的硬度分布圖，見圖3.7。從圖上可以看到焊縫區(qū)的寬度大約為5mm，焊縫中心區(qū)域的硬度最低，最低硬度為HV81，距離焊縫越來越遠(yuǎn)，硬度越來越大。但是在熱影響區(qū)，距離焊縫大約6mm的地方，硬度再次降低，進(jìn)入到軟化區(qū)，最低硬度為HV98，過后硬度依然逐漸增加，在距離焊縫中心大約15mm的地方，硬度恢復(fù)到原始基材的硬度。圖3.7 合金焊接接頭硬度分布3.2.2 2519鋁合金焊縫區(qū)硬度分析 圖3.8為大電流四道焊規(guī)范下

33、焊接接頭顯微硬度分布，從圖中可以看出在整個(gè)焊接接頭中焊縫區(qū)的硬度最低，整個(gè)焊縫區(qū)硬度差別不大。靠近熔合線的熱影響區(qū)硬度明顯升高，這是熱影響區(qū)靠近焊縫的部分金屬在高溫狀態(tài)下從母材中析出的相的過渡相重新固溶到相當(dāng)中，而在隨后冷卻過程中重新彌散析出的結(jié)果。這種重新固溶析出的效果隨著與焊縫距離的增加而減弱，因此靠近母材的熱影響區(qū)表現(xiàn)為過時(shí)效狀態(tài)，使得這里發(fā)生軟化，硬度略有降低。 圖3.8 DS焊接接頭硬度分布3.3 接頭的抗拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析由焊接接頭拉伸試驗(yàn)結(jié)果（表3.1）可以看出，DL和XS焊接接頭抗拉強(qiáng)度和伸長率與母材相比都明顯降低，其中XS接頭抗拉強(qiáng)度僅為279.2MPa，盡管DL接頭的抗拉強(qiáng)

34、度比XS接頭高，并且高出10.1MPa，但仍不足母材的60%，而是59.6%。對(duì)兩種接頭進(jìn)行X射線探傷發(fā)現(xiàn)，XS焊縫區(qū)存在相對(duì)較多的氣孔，這是由于XS焊接時(shí)每一道熱輸入量較小，焊接速度比較快，熔池存在的時(shí)間短，焊縫結(jié)晶時(shí)形成的氣孔不能充分溢出熔池表面所致。正是這些氣孔的存在使得接頭的有效承載面積降低，導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度和伸長率同時(shí)降低。表3.1 DL和XS焊接接頭拉伸試驗(yàn)結(jié)果試樣序號(hào)抗拉強(qiáng)度Rm/MPa屈服強(qiáng)度Rel/MPa斷后伸長率（%）母材（軋制方向）484.7442.218.4DL289.3156.85.6XS279.2173.64.8圖3.9 母材拉伸斷面顯微圖進(jìn)行拉伸試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)所有的試件斷

35、裂均發(fā)生在焊接區(qū)。母材的抗拉強(qiáng)度為484.7MPa，而焊接接頭抗拉強(qiáng)度DL為289.3MPa，XS為279.2MPa。抗拉強(qiáng)度僅達(dá)到母材的59.7%和57.6%。之所以出現(xiàn)這種情況，主要是因?yàn)椴僮魅藛T的操作問題。圖3.9為2519鋁合金母材拉伸斷面顯微鏡下的圖片，母材斷裂的斷裂口塑性變形，斷裂特性，因?yàn)橛懈嗟乃毫牙w維和撕裂的步驟。 3.4 焊接接頭沖擊試驗(yàn)結(jié)果及分析從表3.2沖擊試驗(yàn)結(jié)果可以看出，DL焊縫金屬的沖擊韌度與母材相比顯著降低，不足母材的54%，而XS焊縫沖擊韌度值為16.91J/cm²，比DL焊縫高37.2%。分析原因認(rèn)為是XS焊時(shí)每一道所采用的熱輸入量比較低，熔敷金屬

36、高溫停留時(shí)間短，冷卻速度更快，焊縫晶粒相對(duì)較小，從而導(dǎo)致其沖擊韌度值較高。表3.2 DL和XS焊接接頭沖擊試驗(yàn)結(jié)果試樣序號(hào)最大載荷P/kN沖擊吸收功Akv/J沖擊韌度kv/（Jcm²）母材（軋制方向24.0925.4331.79DL5.319.8512.32XS5.4313.5316.91第4章 結(jié)論 在本文中，以2519鋁合金為研究對(duì)象，采用雙絲GMAW焊接，所得焊件接頭進(jìn)行組織及力學(xué)性能進(jìn)行檢測，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到以下結(jié)論： （1）2519高強(qiáng)度鋁合金在采用4047焊絲進(jìn)行的MIG氣體保護(hù)焊焊接情況下，可以得到成形優(yōu)美、無明顯缺陷的優(yōu)良焊縫。由于焊接熱循環(huán)作用，所得到得焊接接頭的焊接區(qū)有細(xì)小的等軸晶組成