6082-T6铝合金焊接裂纹形成机制研究

6082-T6铝合金凭借其可塑性好、高强度等优势在高速列车复杂结构件的应用场景中得到了广泛关注,但焊接热循环过程中的裂纹限制了其进一步应用。鉴于此,针对高速列车实际结构6082-T6门角接头中出现的裂纹进行分析,结果发现,裂纹主要存在热影响区位置,裂纹表面光滑,为典型的液化裂纹。通过能谱分析发现,弥散分布的细小Mg_(2)Si强化相是裂纹产生的主要原因,推测可能在焊接时发生液化:α(Al)+Mg_(2)Si=L,随后在焊接收缩应力作用下出现液化裂纹。

受电弓用6082-T6铝合金液化裂纹控制研究

6082-T6铝合金凭借其可塑性好、高强度等优势在电力车辆受电弓结构得到了广泛应用,但焊接热循环过程中因液化裂纹等缺陷严重危害复杂应力条件下的结构刚性。鉴于此,针对受电弓上框架管-管穿管焊样件裂纹形成机制展开分析,结果表明,Mg_(2)Si析出相数目和尺寸直接影响6082-T6材液化裂纹敏感性,当Mg_(2)Si尺寸较大且数量较多时,易出现焊接液化裂纹,而当Mg_(2)Si数量较少尺寸较小时,可以抑制液化裂纹。

2A14-T6铝合金厚板电子束焊接头的显微组织及力学性能

对24 mm厚2A14-T6铝合金板开展了电子束焊接试验,获得了最佳的焊接工艺参数。结果表明:接头变形小、深宽比大,探伤结果为I级。接头各微区组织具有差异性,焊缝中心组织为树枝晶,近熔合线处的焊缝组织为柱状晶,热影响区组织为粗化的扁长纤维状组织,沉淀强化相颗粒增多,过时效区组织与母材相近,均为扁长纤维状组织。焊缝区晶粒内有少量沉淀强化相,晶界上存在由铜、硅等元素与基体相形成的共晶相,呈网络状分布;母材区有细小的Al_(2)Cu沉淀强化相及呈条状分布的大块共晶相。焊缝区显微硬度最低,热影响区硬度随距焊缝中心距离增大先上升后下降,母材区的最高。接头的平均抗拉强度和断后伸长率分别为387.7 MPa和3.4%,微观断口有撕裂棱和少量大而浅的韧窝,为脆性为主的韧脆混合型断裂。

焊后固溶时效处理对6082-T6铝合金焊接接头组织和性能的影响

试验研究了固溶时效处理对高速列车车体用6082-T6铝合金板材整体焊接接头组织和力学性能的影响机制。采用熔化极惰性气体保护焊(MIG)和ER6063铝合金焊丝对6082-T6铝合金板材进行焊接,采用金相显微镜、透射电镜观察焊接接头微观组织,采用拉伸机和硬度计测试焊接接头拉伸性能和显微硬度。试验结果表明,原始焊接接头抗拉强度约195 MPa;经固溶时效热处理后,母材和焊缝中析出纳米级强化相,焊接接头的整体力学性能得到改善,热影响区与母材显微硬度提升至122 HV,焊缝显微硬度提升至89 HV,焊接接头的抗拉强度高达320 MPa。在焊丝填充材料中引入Mg元素,在焊接接头整体固溶时效处理过程中与Si元素结合形成Mg_(2)Si强化相,显著改善了焊接接头的力学性能,实现了焊接接头的强韧化。

2A70-T6铝合金T型接头搅拌摩擦焊工艺研究

采用3种规格的搅拌头进行2A70-T6铝合金T型接头搅拌摩擦焊试验,并对焊缝横截面进行观察以及焊缝抗拉强度的测试。结果表明:焊缝中前进侧过渡区的金属变化急剧,拉长的晶粒成流线状分布,返回侧过渡区的金属变化缓和,由焊核区细小晶粒缓慢过渡至母材较大的晶粒;随着搅拌针根部直径的增加,焊核的宽度也增大;为了获得无缺陷的接头,焊接速度增大时,顶锻压力必须协同增大,随着顶锻压力的增大,焊缝的抗拉强度也增大。

2A14-T6铝合金封头焊缝断裂失效分析

针对某2A14-T6铝合金焊接结构在承压试验中发生接头断裂行为开展失效分析,采用断口扫描、宏观形貌检测、焊缝金相分析、焊接结构分析及力学旁证试验等方法,对其进行了断裂原因及机理研究。试验结果表明:焊缝断裂部位存在密集的显微气孔和少量组织疏松缺陷,降低了接头有效承载面积和组织性能,是焊缝断裂失效的主要原因;起裂源区位于焊缝打底焊漏台阶形貌焊趾处,该处接头存在过渡急剧,引起应力集中,是导致焊缝断裂失效的直接原因。在焊接工艺方面,应通过优化焊接工装、细化焊接过程控制等方式提高氦弧焊接过程的稳定性,减少空气侵入电弧,进而降低焊缝气孔率;同时应重视焊缝焊趾形貌的精细化修整,保证接头圆滑过渡,避免出现应力缺口效应。

2A14-T6铝合金棒材机加工断裂原因分析

某公司提供给用户的φ260 mm2A14-T6铝合金挤压棒材,用户按照工件尺寸首先将棒材锯切成若干等份,然后对每一段棒材机械加工成工件。用户在机械加工过程中工件发生块状崩落,同时发现工件截面出现裂纹,于是提出质量异议。本研究的目的是找出棒材机械加工工件过程中发生断裂的原因并进行深入分析,探讨后续解决问题的途径。

CeO_(2)颗粒对7075铝合金微弧氧化膜生长行为及耐磨/耐蚀性能的影响

目的通过CeO_(2)颗粒复合,进一步改善铝合金微弧氧化膜的耐磨和耐蚀性能。方法在硅酸盐-磷酸盐电解液体系中加入CeO_(2)颗粒,利用微弧氧化技术在7075-T6铝合金表面制备CeO_(2)颗粒复合氧化膜;从氧化电压、放电行为及膜层厚度的变化规律探讨CeO_(2)颗粒含量对微弧氧化膜生长过程的影响;通过扫描电子显微镜、动电位极化曲线、球-盘磨损试验等研究电解液中CeO_(2)颗粒浓度对微弧氧化膜微观结构、耐磨性能和耐蚀性能的影响。结果通过CeO_(2)颗粒的复合,改变了铝合金微弧氧化成膜过程的能耗分布,加速了微弧氧化膜的放电击穿。CeO_(2)颗粒复合会使膜层的生长速率有所下降,但氧化膜的致密性、均匀性及膜基的结合强度得到明显改善。CeO_(2)颗粒主要以熔融和嵌合等方式存在于氧化膜中。相较于普通微弧氧化膜,复合膜的摩擦因数普遍降低了约0.2,比磨损率也更低,耐磨性更佳。此外,复合膜呈现出更好的耐腐蚀性,其自腐蚀电流密度至少下降了50%,且在模拟海水中浸泡2000 h后腐蚀增重更小、腐蚀更轻微。在电解液中加入10 g/L的CeO_(2)颗粒时,所得复合膜的综合性能较佳。结论CeO_(2)颗粒复合以熔融或嵌合的方式沉积到铝合金微弧氧化膜中,有效减少了膜层的微孔等缺陷,提高了膜层的致密性和硬度,改善了膜层的耐蚀性和耐磨性。

激光熔覆修复2A50-T6航空铝合金的组织与力学性能研究

采用激光熔覆技术对2A50-T6航空铝合金进行了损伤修复,探究了激光工艺参数对显微组织和力学性能的影响规律,重点分析了修复区域气孔等冶金缺陷的形成及其对抗拉强度的影响机制。结果表明,熔覆层中的气孔主要由溶解气体形成的冶金气孔和金属蒸气喷射引发的工艺气孔组成。激光工艺参数是影响致密度的主要因素,最佳工艺参数为2000 W激光功率、12 mm/s扫描速度、0.8 g/min送粉速度和1.6 mm光斑直径。熔覆层主要由α-Al与Al-Si共晶构成,包含少量的Mg2Si增强相。熔覆层仅有极少量的气孔,致密性达99.96%。激光熔覆修复铝合金的抗拉强度达到基体的93.18%。

不同焊丝2A14铝合金TIG焊接头微观组织和力学性能对比分析

分别采用BJ-380D焊丝和BJ-380A焊丝开展了2A14-T6铝合金的TIG焊接试验,对比研究BJ-380D焊丝和BJ-380A焊丝对焊接接头组织、抗拉强度和硬度的影响。结果表明:两种焊丝接头焊缝区均为典型的铸态枝晶组织,焊丝Zr、V、Cr等微合金成分的添加使得BJ-380D焊丝接头焊缝区微观组织比BJ-380A焊丝焊接接头的更加细小,同时接头抗拉强度、伸长率及显微硬度也得到一定程度的提高。BJ-380D焊丝中添加的Be元素,起到了控制焊缝中Al2O3夹杂,抑制焊缝气孔缺陷的作用。相同焊接条件下,BJ-380D焊丝焊缝组织中的微观气孔大幅降低。

异种铝合金摩擦塞补焊接头微观组织及性能

采用2A14-T6铝合金圆锥塞棒和10 mm厚2219-T87铝合金板材进行异种铝合金摩擦圆锥塞焊工艺试验。对异种铝合金摩擦锥塞焊接头的缺陷特征、微观组织、强化相分布、力学性能及拉伸断口形貌进行观察与测试。结果表明:在焊接转速为7 500 r/min,焊接压力为30 k N和35 k N时得到了无缺陷的摩擦塞焊接头;摩擦塞焊接头可分为塞棒区(Plug metal,PM)、塞棒焊缝热力影响区(Plug thermo-mechanically affected zone,PTMAZ)、摩擦界面区(Friction interface zone,FIZ)、热力影响区(Thermo-mechanically affected zone,TMAZ)、热影响区(Heat affected zone,HAZ)和母材区(Base metal,BM)六部分;硬度测试结果显示,母材区硬度最高,塞棒区和塞棒焊缝热力影响区硬度略低于母材,热力影响区和热影响区最低。摩擦塞焊接头的抗拉强度最高可达312 MPa,伸长率可达4.1%;接头在下表面HAZ与TMAZ的交界处起裂,自下表面向上表面扩展,经过TMAZ,最终在上表面的PTMAZ断裂,断口呈韧窝形貌。

塞棒材料对铝合金摩擦塞补焊接头组织及拉伸断裂行为的影响

分别采用2A14-T6和2219-T87铝合金塞棒对6mm厚2219-T87铝合金板进行摩擦塞补焊实验,利用数字图像相关方法观测塞棒材料对拉伸过程中接头变形及断裂行为的影响,同时对两种接头的微观组织、显微硬度及拉伸断口进行观察与测试。结果表明:两种接头的组织特征相似,但2A14-T6接头的塞棒热力影响区发生部分再结晶的区域比2219-T87接头宽;塞棒材料对接头抗拉强度影响不大,但对伸长率影响显著,2219-T87接头抗拉强度可达346.2MPa,伸长率为5.76%;2A14-T6接头的抗拉强度可达351.2MPa,伸长率为3.54%;2219-T87接头的变形主要集中在软化的塞棒区和塞棒热力影响区,而2A14-T6接头的变形主要集中在软化的热力影响区和热影响区;再结晶区和接头软化区是整个接头的薄弱区,拉伸断口呈韧窝形貌。

焊接道次对厚板铝合金搅拌摩擦焊缝组织性能的影响

对16 mm厚2A70-T6铝合金进行了不同道次的搅拌摩擦焊接,并对焊缝显微组织进行了观察和力学性能测试。结果表明:经过一道次焊接后,接头强度最高,抗拉强度达355.5 MPa;随着焊接道次的增加,焊缝内出现孔洞型缺陷,焊核区晶粒逐渐长大,晶界附近的析出相也随之增多,最终导致接头强度显著下降。

焊接速度对搅拌摩擦焊缝组织及性能的影响

在不同焊接速度下对11 mm厚的2A70-T6铝合金进行搅拌摩擦焊,并对焊缝进行显微组织观察和力学特性测试。结果表明:采用旋转速度为300 r/min、焊接速度为220 mm/min进行焊接时,可获得优质的焊缝接头,其焊缝抗拉强度为357.6 MPa;前进侧的熔合过渡区焊缝金属变化剧烈;焊核区呈现细小的等轴状晶粒;返回侧熔合过渡区塑性金属变形的梯度较前进侧缓和。随着焊接速度的增大,焊核区和晶粒尺寸逐渐变小,焊缝的抗拉强度也逐渐增大,但增大幅度逐渐变小。