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2195铝锂合金焊接热裂纹敏感性和焊接材料研究

作　者: 李小飞
导　师: 李晓红；熊华平
学　校: 北京航空材料研究院
专　业: 材料学
关键词: 铝锂合金焊接热裂纹焊接材料钨极氩弧焊
分类号: TG441.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 302次
引　用: 2次
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内容摘要

2195铝锂合金具有强度高、密度低的特点,是新一代运载火箭和航空结构的备选材料。近年来,国内外对该合金成分和性能进行了大量的研究,但对其焊接性的研究较少。因此本文对2195合金焊接热裂纹敏感性和焊接材料进行了研究。试验中对板厚为2mm的2195合金板材进行了钨极氩弧焊接,选用横向变拘束试验评定焊接热裂纹敏感性,并通过鱼骨形试验研究控制焊接热裂纹的措施。运用传统光学金相技术并结合扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)分析方法以及焊接热模拟技术对裂纹形貌和接头组织进行观察和分析。与LC9CS和д16qчT等其他铝合金相比,2195合金具有较大的焊接热裂纹敏感性,它的临界应变量εmin<0.19%。2195合金的焊接热裂纹主要分布于焊缝(WM)、焊缝边缘等轴晶区(EQZ)、弧坑等部位,其中焊缝和焊缝边缘等轴晶区对焊接热裂纹最敏感。裂纹均沿晶界或枝晶间产生和扩展,这与这些部位存在共晶液相有关。它的产生机理是:在焊接非平衡凝固过程中,溶质元素在晶界和枝晶间偏析,形成低熔共晶组织,以液膜形式铺展润湿晶界;同时由于共晶液相数量较少不能通过“治愈”效应回填凝固过程中已产生的裂纹,造成2195合金具有较大的焊接热裂纹敏感性。在2195合金焊缝边界存在精细等轴晶区域(EQZ),等轴晶的晶界具有共晶成分,造成EQ2区域也易产生焊接热裂纹。通过填充焊接材料不能消除EQZ。在ER2319焊接材料成分基础上,研制了A1-Cu-Ag-Mg和Al-Cu-Sc两类合金化体系的焊接材料,并与商用ER4043焊接材料作对比。焊接接头性能测试和组织分析结果表明,不同合金化体系焊接材料对应的焊缝力学性能差别明显。含Sc焊接材料焊缝强度较其他焊接材料焊缝强度高,高于330MPa,这是由于Sc对焊态焊缝金属产生了细晶强化作用。Sc元素在焊缝中最佳含量范围为O.14%~0.32wt%:当Sc含量超过0.32wt%)后,将对力学性能产生不利影响。通过本项目的研究,Sc含量在一定范围内的焊接材料具有较低焊接热裂纹倾向和较好的接头综合力学性能,可以用于2195合金的实际焊接生产。商业ER4043焊接材料也具有较好的抗焊接热裂纹性能,在接头力学性能要求不高的情况下,可用于2195合金的焊接。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章前言  10-20
  1.1 研究目的和意义  10
  1.2 铝锂合金发展和应用  10-12
    1.2.1 铝锂合金特性和发展  10-11
    1.2.2 铝锂合金在航空航天领域的应用  11-12
  1.3 铝锂合金焊接技术问题  12-15
    1.3.1 焊接气孔问题  13
    1.3.2 焊接热裂纹  13-15
    1.3.3 焊接接头软化问题  15
  1.4 关于2195 铝锂合金的焊接研究  15-18
    1.4.1 关于2195 合金的焊接性研究  15-17
    1.4.2 防止铝合金焊接热裂纹的途径  17-18
  1.5 本试验研究内容、研究方法和途径  18-20
    1.5.1 研究主要内容  18
    1.5.2 研究方法和途径  18-20
第二章试验材料、设备和方法  20-24
  2.1 试验材料  20-21
    2.1.1 试验母材  20
    2.1.2 试验焊丝  20-21
  2.2 试验方法  21-24
    2.2.1 焊接试验方法  21
    2.2.2 性能和组织分析方法  21-24
第三章 2195 铝锂合金焊接热裂纹敏感性研究  24-41
  3.1 引言  24
  3.2 热裂纹敏感性评定方法概述  24-26
    3.2.1 横向变拘束试验（Trans-varestraint test）  24-26
    3.2.2 鱼骨试验（Houldcroft test）  26
  3.3 试验结果、分析与讨论  26-40
    3.3.1 横向可变拘束试验  26-38
    3.3.2 鱼骨试验  38-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章 2195 铝锂合金焊接热裂纹产生机理研究  41-56
  4.1 引言  41
  4.2 热塑性试验  41-54
    4.2.1 差热分析  41
    4.2.2 热塑性试验  41-47
    4.2.3 裂纹机理探讨  47-54
  4.3 本章小结  54-56
第五章 2195 铝锂合金焊接热裂纹控制  56-65
  5.1 引言  56
  5.2 不同焊接规范的比较研究  56-57
  5.3 不同焊丝对热裂纹的影响  57-61
  5.4 外加电磁搅拌对焊接热裂纹的影响  61-63
  5.5 本章小结  63-65
第六章焊接材料研究及其对接头性能和组织的影响  65-84
  6.1 引言  65
  6.2 试验母材的性能和组织  65-67
  6.3 试验用焊接材料研究  67-71
    6.3.1 焊接材料合金化选择与成分分析  67-69
    6.3.2 焊丝硬度测试  69-70
    6.3.3 金相显微组织  70-71
  6.4 焊丝对接头性能的影响  71-82
    6.4.1 焊缝室温力学性能  72-74
    6.4.2 焊丝对接头组织的影响  74-77
    6.4.3 性能试样断口分析  77-82
  6.5 本章小结  82-84
第七章主要结论  84-85
致谢  85-86
参考文献  86-90

2195铝锂合金焊接热裂纹敏感性和焊接材料研究

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