5A06合金电子束焊接Mg元素烧损规律及对接头力学性能的影响

研究了5A06合金电子束焊接时熔池内Mg元素的分布规律及Mg元素烧损对焊缝力学性能的影响。结果表明,在接头区域,越靠近热影响区Mg元素烧损程度越低;随着焊深的增加,Mg元素含量增加,即烧损程度减小,同时显微硬度增大;烧损程度越严重的试样显微硬度越低。

5A06合金国内外对应牌号性能的对比实验研究

涡轮泵主阀作为火箭发动机的控制核心,5A06合金是其主要使用材料,其性能的好坏将直接影响着火箭发动机工作的可靠度。文中选用美、日进口型材与国内型材5A06材料,分别在室温、低温条件下对其进行力学性能对比实验,为后续形成新的《低温阀门型材入厂检验标准》提供可靠数据,并保证低温阀门的原材料供应。

5A06铝合金不同焊接位置焊接工艺参数研究

针对5A06铝合金缺乏全位置焊接工艺这一问题,采用三个不同的焊接位置分别设置三组不同参数对其进行焊接,研究焊接位置对工艺参数和接头性能的影响。试验结果表面,采用钨极氩弧焊(GTAW)方法焊接5A06铝合金,钨极直径2.5 mm,焊接速度50 mm/min,电弧电压16 V,平焊焊接电流100 A,气体流量10 L/min,立焊焊接电流90 A,气体流量9 L/min,横焊焊接电流90 A,气体流量9 L/min,三组参数能确保焊缝表面成型良好,无焊接缺陷产生;平焊、立焊和横焊焊接后焊缝金相组织由α(Al)固溶体、β相+不溶杂质相组成,由于热输入的影响,焊缝冷却速度慢,延长了焊缝中Al-Mg共晶形成的时间,焊缝组织呈现带状或条状,母材组织呈现等轴晶状,焊缝晶粒较母材粗大;焊接过程中5A06铝合金强化力学性能元素Mn和Mg受到高温电弧作用被烧损,因此三种焊接位置焊缝硬度均比母材低,因平焊时焊接电流比横焊和立焊大,平焊焊接区域Mn和Mg元素烧损比立焊和横焊大,平焊焊缝硬度比立焊和横焊低,由于电流差距较小,硬度差值小,为5A06铝合金焊接工艺选取提供参考。

大口径5A06铝合金带焊缝波纹管电磁成形工艺机理

针对大口径5A06铝合金带焊缝波纹管采用传统工艺成形困难的问题,开展了带焊缝波纹管电磁成形工艺机理的研究。基于有限元软件LS-DYNA R8建立了大口径5A06铝合金带焊缝波纹管电磁成形有限元模型。基于电磁成形过程中管件成形过程、所受电磁力分布和变形历史的分析揭示了带焊缝波纹管电磁成形工艺的成形机理。结果表明,在带焊缝波纹管电磁成形过程中,管件发生多次“碰撞—反弹”的周期性变化,焊缝处材料的变形略微早于母材;管件受到的电磁力沿厚度方向由内到外逐渐降低;碰撞效应引起管件的能量损耗与应力释放,管件反弹量随着碰撞后应力的重新分配逐渐减小,进而实现带焊缝波纹管的高精度成形。

5A06铝合金高精度唯象本构模型的快速构建

以5A06铝合金为例,探索高精度唯象本构模型的快速建立方法。针对唯象本构模型中的数学本构模型,开发了可对热压缩实验数据进行自动拟合,并包含摩擦补偿、温度补偿和应变补偿的Arrhenius本构模型程序,其可在20 min内实现包含1600次补偿计算在内的Arrhenius修正本构模型建立与反向求解对比;而手动进行10次这样的补偿计算需耗时5 h。对唯象本构模型中的统计本构模型开发了嵌有随机搜索、交叉验证、余弦退火调整学习率和附加动量法的神经网络模型,可对学习率、隐藏层神经元个数以及批大小等超参数进行寻优,寻优迭代至1000次时结果收敛,总寻优时长为3 h。综合考虑相关性参数r、均方根误差e_(RMSE)、平均绝对误差e_(AARE)、相对误差和计算时间t,可知,手动计算耗时最长、精度最低,修正Arrhenius本构模型程序耗时最短、精度合理,神经网络模型耗时合理、精度最高。

深冷处理及压缩变形对5A06铝合金组织和性能的影响

铝镁合金目前被广泛使用,对其进行提高性能的研究意义重大。对5A06铝合金先进行压缩变形然后进行深冷处理,研究不同变形量和深冷时间对其组织和性能的影响。研究表明:5A06铝合金进行深冷处理时,不论压缩变形与否,合金硬度均随深冷处理时间的延长而增大。深冷处理时间一定时,压缩变形量与合金硬度的改变没有线性关系。提高该合金硬度的较佳工艺是压缩变形16%+深冷处理72h。压缩变形条件相同,深冷处理时间对5A06铝合金组织有显著影响,随深冷处理时间的延长,组织中的Al3Mg2相数量明显增加。深冷处理时间和压缩变形量是影响合金组织和性能的关键因素,处理效果取决于二者对合金应力的影响程度。

5A06铝合金搅拌摩擦焊热流有限元分析

大厚度铝合金板搅拌摩擦焊工程应用时常用双轴肩焊接工具焊接,而双轴肩焊接工具使用寿命较短、易磨损,铝合金厚板单轴肩搅拌摩擦焊在工程实践中具有重要意义。针对5A06铝合金厚板的单轴肩搅拌摩擦焊过程进行了热流有限元分析,建立了大厚度铝合金板热流仿真模型,分析了5A06铝合金焊接时温度场分布特征、焊接热循环曲线特征,焊接前进侧/后退侧热循环曲线及外加热源、冷源对搅拌摩擦焊温度场的影响。结果表明,单轴肩搅拌焊工具插入工件预热初期,轴肩产热占整个搅拌工具产热70%以上,前进侧和后退侧最高温度相差约40℃,同时施加热源和冷源时能够很好地限制板材底部热量的散失以及轴肩附近温度的快速升高,有利于焊缝质量的提升。

盐雾环境下5A06铝合金的腐蚀行为

本文以5A06铝合金为研究对象,精加工零件表面,采用本色导电氧化制备氧化膜,并通过盐雾试验研究铝合金在盐雾腐蚀条件下的抗腐蚀性能。结果表明:在盐雾条件下,铝合金表面腐蚀为点蚀,本色导电氧化后铝合金的耐腐蚀能力增强,表面粗糙度越高,越易发生腐蚀凹坑,且腐蚀凹坑多沿加工痕迹分布。

5A06铝合金TIG丝材-电弧增材制造工艺

选用Φ1.2mm的5A06铝焊丝为成形材料,研究TIG丝材-电弧增材制造工艺。以TIG焊机为电源(交流模式),以四轴联动数控机床为运动机构,研究单层和多层成形时预热温度和电流对成形形貌的影响,观察成形件微观组织,并测试其力学性能。建立了单层单道基板预热温度和电弧峰值电流工艺规范带判据,以保证良好成形。结果表明:成形件的高度从第一层的3.4mm急剧下降,直到第8层后高度稳定在1.7mm。层间组织为细小的树枝晶和等轴晶;层间结合处组织最粗大,为柱状树枝晶;顶部组织最细小,由细小的树枝晶转变为等轴晶。成形件的力学性能各向同性,抗拉强度为295MPa,伸长率为36%。

5A06铝合金及其焊接接头的疲劳断裂行为

对5A06防锈铝合金及其焊接接头疲劳性能断裂行为进行研究,采用疲劳试验、光学显微镜、扫描电子显微镜等手段对5A06铝合金的疲劳性能、金相组织、裂纹扩展特征和疲劳断口进行分析。结果表明:在循环次数为2×106时,铝合金母材、对接接头、横向十字、侧面连接和纵向十字接头的疲劳性能分别为99.97、70.96、57.48、48.20和41.80 MPa;铝合金母材疲劳裂纹起裂于截面最小部位,对接接头和横向十字接头裂纹起裂于焊趾等应力集中部位,裂纹沿着热影响区扩展;侧面连接接头裂纹起裂于两板连接处应力集中部位,纵向十字接头裂纹起裂于热影响区;微观裂纹为沿晶和穿晶混合的扩展特征。对母材及其焊接接头的宏观断口呈暗灰色纤维状,具有一定的塑性;接头的微观断口具有准解理特征,断口中存在球状孔洞、疲劳条纹和韧窝,并存在二次裂纹。

喷射沉积5A06铝合金热压缩变形的流变应力行为

采用Gleeble-1500热模拟机对喷射沉积5A06铝合金进行等温热压缩实验，变形温度为300～500℃，应变速率为5×10^-4～5×10^-1s^-1，最大变形程度为50％。结果表明：喷射沉积5A06铝合金热压缩变形流变应力受变形温度和应变速率的强烈影响，可以用Zener-Hollomon参数的双曲正弦函数形式进行描述。在本研究条件下，喷射沉积5A06铝合金热压缩变形时的热变形激活能Q及应力指数n均随着应变的增加而减小。根据Zener-Hollomon本构方程得出的流变应力拟合值与实测值吻合较好。

5A06铝合金焊接接头裂纹失效分析

针对5A06铝合金焊缝附近出现的裂纹进行了分析。5A06铝合金母材、焊缝及热影响区组织分析结果表明,材料成型后的组织不均匀,并且存在夹杂物,晶内和晶界有析出相出现。采用光学显微镜对裂纹的扩展特征进行分析,结果表明,裂纹在材料边缘夹杂物处启裂,以沿晶的特征进行扩展。采用SEM对断口进行微观和宏观分析,断口中存在二次裂纹,断口为脆性断裂。

5A06铝合金的动态本构关系实验

运用材料试验机和分离式霍普金森压杆装置（SHPB）对3种不同加工及热处理状态的5A06铝合金在常温～500℃、应变率为10^-4～10^3s^-1下的力学行为进行了实验研究。基于Johnson-Cook（JC）本构模型，通过实验数据拟合得到了每种状态下材料的本构模型参量。对Johnson-Cook本构模型中的应变率强化项作了修正，修正后的Johnson-Cook本构模型与实验数据基本吻合，从而确立了3种状态下5A06铝合金的动态本构关系。

电子束焊接5A06铝合金接头Mg元素蒸发烧损行为分析

研究了5A06铝合金电子束焊接后熔池内Mg元素的分布及其对焊缝硬度的影响,并分析了焊接工艺参数对Mg元素烧损行为的影响。结果表明,在接头区域随着熔深的增加,Mg元素含量增加,即烧损程度减小,同时显微硬度增大;随着加速电压和束流的增加,熔深增加,Mg元素烧损率降低;随着焊接速度增加,Mg元素烧损率降低,熔深却减小。为减小Mg元素烧损,在电子束焊时可适当增加焊接的加速电压与束流、加快焊接速度。

5A06铝合金焊接接头性能研究

分别采用手工钨极氩弧焊工艺和搅拌摩擦焊工艺对3mm厚5A06铝合金进行焊接,利用金相显微镜、扫描电镜等分析测试手段,研究不同工艺下的接头组织和性能。结果表明,钨极氩弧焊接头由于热输入量较大生成了粗大的铸态组织,而搅拌摩擦焊接头发生动态再结晶,生成细小的等轴晶粒,导致搅拌摩擦焊接头的抗拉强度和疲劳强度都比钨极氩弧焊接头的高。

5A06铝合金的激光填丝焊接头组织与性能

为了研究5A06铝合金焊接接头的显微组织和力学性能,采用3kW的Nd:YAG激光器填充SAl-Mg5焊丝,对2mm厚的5A06铝合金板进行对接拼焊。焊缝的化学成分基本和基材相同,显微组织在靠近熔合线附近为细小致密的柱状晶,焊缝中心为细小的枝状晶,热影响区宽度为50μm～100μm,晶粒粗化不明显;接头的拉伸强度达到母材的93%以上,延伸率为基材的58%左右;断口位置为热影响区,断裂特性和母材相似,均为韧窝和撕裂棱}昆合型韧性断口。结果表明,在铝合金的激光焊接过程中,填充合适成分焊丝可以消除铝合金激光自熔焊时的凹陷、咬边等宏观缺陷,接头的综合力学性能得到极大改善。

5A06和2A12铝合金在硫酸-己二酸中阳极氧化行为及膜层电化学性能

以5A06和2A12铝合金为研究对象,研究了Al-Mg和Al-Cu合金在硫酸-己二酸中阳极氧化行为及其氧化膜的电化学性能,分析合金相对铝合金阳极氧化膜层结构以及耐蚀性的影响.采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)进行表面形貌观察,采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)进行膜层的电化学性能评价.结果表明:2A12铝合金恒电压阳极氧化过程中出现两个电流峰值,这说明含铜相的溶解会影响阳极氧化过程;2A12铝合金膜层孔洞不规整,连通现象严重,含铜相的富集促进了氧气的产生,影响了氧化膜的微观结构;相同浸泡时间下,5A06铝合金氧化膜自腐蚀电位更高,自腐蚀电流更低,具有较高的耐蚀性,这是由于Al-Cu合金的孔隙率要比Al-Mg合金高.

5A06铝合金力学性能测试及其平板抗水下冲击动态响应分析

通过万能实验机和分离式霍普金森拉杆分别获得了5A06铝合金材料在25℃~250℃范围内的准静态及常温高应变率下的拉伸应力-应变曲线。基于实验结果,对Johnson-Cook本构模型中的温度软化项进行了修改,进而拟合得到了修改后的本构模型参数。利用动力学有限元软件AUTODYN-2D的Euler-Lagrange耦合算法,结合力学性能实验所得到的5A06铝合金本构模型,对水下冲击波作用下5A06铝合金平板的动态响应历程进行了数值仿真,仿真结果与实验结果吻合良好,证明了材料模型及其参数的有效性。进而获得了铝合金平板在水下冲击波作用下的动态响应特性。

深冷处理对5A06铝合金焊接接头组织与性能的影响

针对铝合金在焊接后出现的接头软化问题,采用深冷处理工艺使其强化。采用不同的深冷处理工艺参数对5A06铝合金MIG焊接接头进行了深冷处理,并测试与分析了深冷处理与未深冷处理的焊接接头的力学性能和显微组织。试验结果表明,深冷处理可显著强化焊接接头;经深冷处理后焊接接头焊缝区晶粒得到细化,第二相在基体上析出,呈弥散分布,组织更加致密,接头强度提高,力学性能得到改善。

5A06铝合金厚板搅拌摩擦焊工艺研究

利用正交试验法研究了搅拌摩擦焊工艺参数对20mm厚的5A06-H112铝合金板接头组织和力学性能的影响。结果表明:焊接速度对接头抗拉强度影响最大,而搅拌头轴肩直径和旋转速度依次减小;采用最优组合参数焊接的试样其抗拉强度可达365MPa;由于搅拌摩擦焊焊缝中前进侧的熔合过渡区的界面变化急剧,因此断裂往往发生在该熔合过渡区;随着退火温度升高,焊核原本细小的等轴晶粒开始长大,并伴随着β(Mg2Al3)相从α(Al)基体中析出,虽然焊核的晶粒变得粗大,但焊缝的抗拉强度降低的幅度较小。