2219铝合金变极性等离子弧焊接接头

采用变极性等离子弧焊接技术对2219铝合金进行焊接,并通过光学显微镜、硬度计等分析和测试其焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明,2219铝合金采用变极性等离子弧焊接能得到良好的焊缝,焊缝组织晶粒比母材细小,焊缝区域硬度小于母材硬度。     

2219铝合金焊接接头晶间腐蚀行为

采用晶间腐蚀试验及极化曲线测试方法对2219铝合金母材、搅拌摩擦焊（FSW）及钨极氩弧焊（TIG）接头的腐蚀行为进行分析,借助金相显微镜、激光共聚焦显微镜、体视显微镜、扫描电镜及能谱仪分析腐蚀形貌及腐蚀产物.结果表明,2219铝合金母材及焊接接头的腐蚀行为主要与析出相有关,Al₂Cu的析出导致贫铜的无沉淀带作为阳极优先溶解.母材的抗晶间腐蚀能力最差,由表面点蚀开始,沿轧制方向逐渐发展为剥落腐蚀;TIG焊次之,表现为网状晶间腐蚀;FSW焊最低,焊核表现为点蚀,散落分布于表面.     

2219T87铝合金焊接接头的常温蠕变行为及其预测

研究FSW和TIG焊两种连接态2219T87铝合金焊接接头的常温蠕变行为,分析焊接工艺和蠕变应力条件对蠕变行为的影响。采用蠕变试验机考察试件300 h内的拉伸蠕变和压缩蠕变性能,并通过实验数据曲线拟合预测焊接件在1×105 h内相应的蠕变量。结果表明:相同应力水平下,压缩蠕变量比拉伸蠕变量小。相对于TIG焊,FSW接头的质量更好(屈服强度更高),其显微组织均匀细小且没有气孔缺陷,因此表现出的抗蠕变能力更好。当服役应力低于其屈服强度时,FSW和TIG焊接态2219T87铝铜合金的1×105 h蠕变量均不超过1%。     

2219-T87铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊方法对8mm厚2219-T87铝合金进行了焊接.对接头的宏观形貌、微观组织、显微硬度及断口形貌进行了分析.结果表明,焊核区为细小的等轴晶粒,晶粒尺寸远小于母材;热机影响区发生了弯曲变形;热影响区组织出现了明显粗化.前进边热机影响区和焊核区形成明显分界线,后退边相对模糊.搅拌摩擦焊对接头各区域沉淀相分布形态有重要影响.接头室温拉伸强度可以达到母材的70%以上.沿焊缝横截面的显微硬度的分布显示,硬度最低点位于后退侧热影响区区域,断裂位置位于后退侧热影响区处,接头的断裂形式为韧性断裂.     

铝合金脉冲变极性等离子弧焊接工艺

研发了一种单电源双脉冲混合调制VPPA(variable polarity plasma arc,VPPA)焊接系统,在典型VPPA焊接基础上加入高低频调制脉冲,可输出1~5 kHz高频脉冲,1~2 Hz低频脉冲及高低频混合脉冲. 以3003铝合金为试验对象,采用脉冲VPPA焊接方法,对其进行焊接试验,并通过焊接接头拉伸性能测试、显微相组织分析及断口扫描电镜等手段对铝合金的焊接质量和接头性能进行了分析. 结果表明,由于高低频混合脉冲电流的周期性变化,对熔池产生搅拌、冲击作用,从而提高了焊接接头抗拉强度,细化焊缝晶粒组织,断口韧窝趋于均匀且密度增加,提高了铝合金焊缝质量.     

铝合金变极性等离子焊接电弧产热机理

从铝合金变极性等离子焊接电弧物理特性出发,研究了铝合金变极性等离子焊接电弧产热机理,分析了焊接参数对电弧热的影响规律。通过理论分析和试验研究,发现铝合金变极性等离子弧焊接时不对称电极特性对正、反极性期间电弧的产热具有很大的影响。反极性期间由于铝合金作为阴极,阴极压降大电弧产热量也增大。在变极性等离子弧焊接时正、反极性期间的焊接电流和持续时间等参数不同也是造成正、反极性等离子电弧产热不同的重要原因。     

2219铝合金母材及焊接接头的腐蚀行为

采用剥蚀试验和动电位极化曲线测试对2219铝合金母材、搅拌摩擦焊(FSW)和钨极氩弧焊(TIG)焊接头的腐蚀行为进行了研究。通过腐蚀失重测试、电化学试验与剥蚀后表面及深度方向腐蚀微观形貌观察,对三者的腐蚀形式和机理进行了分析。结果表明:母材腐蚀速率最大,自腐蚀电位最低,而腐蚀电流密度最大;两种接头焊缝/焊核的耐蚀性总体接近,都优于母材的,FSW焊核的耐蚀性最优。合金母材的腐蚀形式为层状剥蚀,TIG焊缝为晶间腐蚀,深度较小,FSW焊核为点蚀。三者的腐蚀均与析出相有关,母材的析出相粗大,与基体之间的电偶效应最明显;TIG焊缝析出相沿枝晶晶界排列,但析出相尺寸小,电偶作用弱于母材;FSW焊核析出相尺寸由于机械搅拌而变小且分布弥散,腐蚀性能有所改善。     

2219-T651铝合金激光摆动焊接接头微观组织和力学性能

采用激光摆动焊接技术对2219-T651铝合金进行了不同摆动幅度和频率下的焊接试验,研究了摆动工艺参数、焊缝气孔率和宏观成形、接头组织和性能之间的内在联系.结果表明,与无摆动焊接相比,激光摆动焊接可以降低焊缝气孔率,尤其随着摆动幅度的增加,当摆动幅度为2.5 mm时,气孔率降至1.66%.与母材相比,热影响区和熔化区发生软化.靠近焊缝的热影响区,由于沉淀强化作用的变弱,硬度逐渐降低,直至出现“平台”.而由α(Al)基体以及枝晶间和晶界α(Al)+θ(Al₂Cu)共晶相组成的熔化区,因铜的偏析导致固溶强化效果被削弱,表现出最低的硬度.此外,部分摆动参数下焊缝晶粒尺寸有所细化,这引起了其硬度的略微升高.当摆动频率为150 Hz和摆动幅度为2.5 mm时,接头的抗拉强度高达318 MPa,约为母材抗拉强度的69.4%,接头抗拉强度与断口孔洞面积占比呈线性负相关关系,焊缝气孔率是影响焊态接头抗拉强度的主要因素.     

铝合金变极性TIG焊接电弧行为

分别采用正弦波变极性和方波变极性氩弧焊对铝合金试板进行了焊接试验,利用高速摄像机和汉诺威分析仪分别对焊接过程中变极性电弧形态及电信号进行采集分析. 结果表明,电弧电压概率密度分布和高速摄像图证实了较小焊接参数条件下正弦波变极性比方波变极性电弧稳定性差的现象. 正弦波变极性TIG电弧随EP(反极性)的增加清理宽度增加,但熔宽未增加,证明此条件下正弦波变极性TIG电弧过于发散;焊接参数较大时,随EP的增加,正弦波变极性熔宽变宽,证实正弦波变极性TIG电弧稳定性随之提高,证明了铝合金变极性TIG焊接过程中EP极性电弧产热大于EN极性电弧能量的本质特征.     

2219铝合金焊接接头的力学性能和裂纹扩展行为分析

以2219铝合金为对象,对其焊接接头的力学性能和裂纹的扩展行为进行研究。结果表明,焊缝处各区域的抗裂纹扩展能力基本一致,由于焊缝处组织以及力学性能具有不均匀性,所以裂纹的扩展方向不确定。     

A6061-T6铝合金焊接接头腐蚀行为

A6061-T6铝合金材料是轨道车辆制造的主要结构材料。轨道车辆在线路运行时受运行环境的影响,尤其是沿海、地下潮湿环境对车辆结构容易造成较为严重的腐蚀损伤,进而影响到车辆的安全可靠性。以轨道车辆常用的A6061-T6铝合金焊接接头为研究对象,对焊接接头的腐蚀失重、电化学腐蚀性能进行系统性研究。结果表明:腐蚀失重速率先快速增长,在14 d时达到最大,然后随着腐蚀时间的进一步延长,失重逐渐减小,呈现平稳下降趋势。母材和焊缝在质量分数为5%的不同腐蚀溶液中的自腐蚀电位随Cl~-、SO_4~(2-)、NO_3~-顺序依次变正,而自腐蚀电流随Cl~-、SO_4~(2-)、NO_3~-顺序依次变小。SO_4~(2-)对铝合金的腐蚀加速作用弱于Cl~-而强于NO_3~-。     

2219-T87铝合金拉锻式摩擦塞补焊接头组织及性能

对6 mm厚的2219-T87铝合金板进行了拉锻式摩擦塞补焊试验,对焊接接头的微观组织、显微硬度、抗拉强度及拉伸断口进行了观察与测试. 结果表明,采用优化的摩擦塞补焊工艺可实现2219-T87铝合金母材和2219-T87铝合金塞棒的冶金连接. 拉锻式摩擦塞补焊过程中,塞棒承受拉应力,应优化接头设计和焊接工艺参数从而防止塞棒被拉断. 未焊合是接头的主要缺陷,易出现在接头的近上表面处. 焊缝区发生明显软化,最低硬度出现在靠近连接界面的塞棒热力影响区,最低值为84.4 HV. 接头的抗拉强度可达326.4 MPa,断后伸长率可达4.45%,抗拉强度和断后伸长率分别为母材的71.7%和44.5%,拉伸断口呈韧窝形貌.     

铝合金变极性等离子弧焊接的工况适应性

为克服厚板铝合金穿孔焊接熔池极易失稳的难题,该研究从厚板焊接时电弧温度场出发,旨在探究厚板穿孔焊接熔池稳定性的机理。通过建立三维数值模型,研究了焊接母材厚度分别为5 mm和16 mm下变极性等离子电弧的温度场、流场和电流密度分布。结果表明,随着板厚的增加,变极性等离子电弧温度场分布发生改变,5 mm板厚电弧温度的衰减情况为线性,而16 mm厚板焊接的电弧温度衰减情况为二次型,使得温度变化更加复杂。变极性等离子弧焊接5 mm厚度铝合金时,整个小孔熔池的电流密度呈1.0 × 10⁶ A/m²以上,但是在焊接16 mm厚板铝合金时,相同电流密度仅达到小孔深度的12 mm处。该研究有望对实现大厚度铝合金稳定焊接,拓宽变极性等离子弧焊接应用范围提供理论指导。

     

铝合金变极性等离子弧焊接头力学性能研究

采用变极性等离子弧焊技术,选择ER5356焊丝对10 mm厚的5083和6061铝合金板进行焊接试验,对焊接接头的力学性能进行了测试分析。结果表明,焊接接头成型良好,没有裂纹、气孔等缺陷,抗拉强度可达母材的60%左右。拉伸试验和断口扫描观察表明,5083比6061的焊接接头有更好的塑韧性。两者的断口形貌都以韧窝为主,而且韧窝底部可发现析出相的存在。     

铝合金变极性等离子焊接电源的模块化设计

变极性等离子弧穿孔焊技术广泛应用于厚板铝合金构件的焊接。介绍了模块式铝合金变极性等离子焊接电源的构成、功能及特点。采用该电源对6～8mm厚铝合金试件进行了穿孔立焊工艺实验，结果表明：所设计的电源可靠性好、稳定性高，试件焊缝成形良好。     

铝合金变极性等离子弧焊接的工况适应性

以2A14和5A06两种铝合金为研究对象,进行了铝合金变极性等离子弧焊接的工况适应性研究。结果表明,与5A06铝合金相比,2A14铝合金变极性等离子弧焊接时的工况适应性较强,对间隙、错边等参数的适应范围宽。两种材料的固液相温差、热导率、比热容等热学性能差异是导致工况适应性差异的主要原因。     

5B70铝合金变极性等离子焊接接头组织与性能的研究

以5B71合金焊丝为填充材料,采用变极性等离子弧焊法对6 mm厚5B70合金板材进行焊接,并对焊接接头进行显微组织和力学性能的研究。结果表明：接头的抗拉强度达到370.13 MPa,强度系数为0.89,断后伸长率为10.35%;断裂发生在靠近熔合区的热影响区处,断口形貌为韧窝,属于塑性断裂;焊缝中心的硬度是整个焊接接头最低的区域;焊缝组织由大量树枝晶和少量等轴晶组成,熔合区界限明显,形成了等轴晶层,热影响区范围很窄,保留了与母材类似的纤维状组织。     

2219-T6铝合金FSW接头疲劳寿命预测

通过对2219-T6铝合金搅拌摩擦焊对接接头进行金相观察、疲劳试验和显微硬度测量,对接头的不均匀性和疲劳性能进行分析。结果表明,接头最低硬度和疲劳源基本都在热影响区。基于接头各区的显微硬度、微观形貌及微拉伸试验测试,建立接头的弹塑性有限元模型,并在循环加载下模拟接头的应力和应变分布。利用Smith-Watson-Topper损伤公式和性能薄弱区域的应力、应变数据对焊接接头进行疲劳寿命预测,预测结果与试验结果相比,寿命误差基本在两倍因子之内。     

高速列车用6A01-T5铝合金MIG焊接接头软化行为研究

利用万能材料拉伸试验机、显微硬度计、金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、能谱仪等设备研究了6A01-T5铝合金MIG焊接接头的微观组织与力学性能,重点针对其软化行为进行了分析.结果表明,焊缝心部为等轴晶的典型铸态组织,靠近熔合线附近的焊缝为柱状晶组织.在距离两侧熔合线约6mm处的热影响区均存在一软化区,为焊接接头的最薄弱区...     

变极性等离子在GIS铝合金壳体焊接中的应用

变极性等离子是一种新的焊接工艺，可以实现不开坡口一次焊透6-16mm厚度的铝合金；焊缝成形美观，宽窄一致，力学性能基本等同母材；X光探伤达到JB4730-94Ⅰ级标准。通过艾美特立式纵缝自动变极性等离子焊接系统与待统工艺“MIG＋TIG”焊接设备，在GIS铝合金壳体生产中的实际应用比较。阐述了变极性等离子工艺焊接厚大铅合金的技术优势和在GIS壳体焊接中发挥的重要作用。