多次补焊对A7N01P-T4铝合金接头组织和性能的影响研究

针对4mm厚A7N01P-T4铝合金薄板在不同补焊次数后接头组织和性能进行了研究,其中工艺试验包括未补焊、1次补焊、2次补焊、3次补焊和4次补焊,并对试验接头的拉伸性能、弯曲性能、硬度及焊缝与热影响区域微观金相组织进行对比分析。通过试验发现:不同补焊次数下的拉伸性能、弯曲性能、硬度等与不补焊相比均有所下降,但下降幅度均不大。其中,在抗拉强度试验中仅有不补焊时满足强度要求,弯曲试验中断口均发生在焊缝区域,主要原因在于采用了强度较低的焊接材料。通过试验研究,可为铝合金薄板的补焊工艺提供一定的依据和借鉴。

脉冲频率对A7N01P-T4铝合金微弧氧化膜微观结构和耐蚀性的影响

在硅酸盐和磷酸盐复合体系下,利用微弧氧化技术对A7N01P-T4铝合金进行微弧氧化处理。利用扫描电镜、EC-770涡流涂层测厚仪、sj-210便携式粗糙度仪和CS310电化学工作站等仪器研究了脉冲频率对A7N01P-T4铝合金微弧氧化膜微观结构和耐蚀性的影响。结果表明,随频率的增加,微弧氧化膜层表面孔径减小,熔融凝固物更加细小均匀,相应膜层表面粗糙度降低。厚度随脉冲频率的增加先增加后减少,500 Hz频率对应44μm最厚膜层。微弧氧化膜层能明显提高试样的耐腐蚀性,500Hz频率制备的膜层试样耐腐蚀性能最好。

A7N01P-T4铝合金MIG焊焊接工艺的研究

通过拉伸、弯曲和硬度等试验以及显微组织分析,对不同焊接热输入和不同预热温度下A7N01P-T4铝合金焊接接头的组织与性能进行了研究。结果表明:当焊接热输入增加和预热温度降低时,接头的抗拉强度有所提高,所有试样均在焊缝处断裂且接头的抗拉强度均满足相关标准要求。除小焊接热输入以外的不同焊接热输入和不同预热温度下的焊接接头均具有良好的弯曲性能。焊缝处硬度最低,接头均无软化现象。接头各区域的显微组织也没有明显变化。

A7N01P-T4铝合金MIG焊焊接接头微弧氧化涂层的微观形貌和耐腐蚀性

微弧氧化可提高金属及其合金的性能,但目前有关铝合金焊接接头微弧氧化的研究报道较少。采用微弧氧化技术在A7N01P-T4铝合金熔化极惰性气体保护(MIG)焊焊接接头上制备一层陶瓷涂层,研究接头微弧氧化涂层的微观结构以及接头试样微弧氧化前后的耐腐蚀性能。利用金相显微镜对接头的微观金相形貌进行观察,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS )、X射线衍射仪(XRD)、Image-Pro Plus图像软件、sj-210便携式粗糙度仪对接头涂层的表面、截面微观形貌和结构进行分析,采用电化学工作站研究接头不同区域微弧氧化前后的耐腐蚀性能。结果表明:接头各区均由不同比例的a(Al)基体、粗大一次相和细小弥散二次相构成。接头各区涂层主要由A12O3构成,其含量差别较小。焊缝涂层厚度最大,热影响区涂层厚度最小。焊缝涂层孔隙率为17.4%,母材和热影响区涂层孔隙率分别为15.8%和15.7%。焊缝涂层粗糙度约为2.31μm,母材涂层和热影响区涂层粗糙度分别约为2.17μm和2.13 pm。电化学测试结果表明涂层明显提高了接头试样各区域的耐蚀性,焊缝涂层耐蚀性最好,热影响涂层耐蚀性最差,其中涂层致密层的厚度和缺陷是影响接头各区域耐蚀性高低的关键因素。

打磨粒度对A7N01P-T4铝合金焊接接头组织及力学性能的影响

铝合金具有密度低、强度高、挤压性能好、焊接性优良及加工性能好等特点,已经成为高速列车车体生产的主导材料。在铝合金车体生产过程中,焊接技术是使用最为广泛的生产加工方式。高速列车铝合金车体焊接完成后,焊缝部位会形成一定的余高。余高不但影响高速列车整体结构尺寸精度,还会影响高速列车的安全可靠性,因此为了满足实际使用要求,大部分焊接接头均要求打磨余高。因而焊缝余高打磨工艺的研究是相当必要的。本文研究了不同打磨粒度对A7N01P-T4铝合金对接接头疲劳性能的影响。结果表明不同打磨粒度铝合金对接接头抗拉强度,延伸率差别不大。不同打磨粒度对铝合金对接接头疲劳性能的影响多变的。疲劳裂纹源均萌生于焊缝缺陷,多见于气孔,夹渣与硬质相,因而焊接接头的质量对疲劳性能的影响占主要原因。

A7N01P-T4铝合金激光-电弧修复工艺研究

为研究高速列车铝合金车体修复新工艺,采用激光窄间隙焊接技术对15 mm厚的A7N01P-T4铝合金MIG焊接头进行模拟修复,通过分析各工艺参数对焊缝成型的影响,优化参数组合。试验结果表明,P_(laser)=4 kW、v_(weld)=0.48 m/min、v_(wire)=2 m/min、v_(gas)=30 L/min时,得到成型良好的焊接接头,并采用U型槽较好地解决了未熔合问题。

A7N01P-T4铝合金激光-MIG复合焊接头微区性能

以高速列车用14 mm A7N01P-T4铝合金为研究对象,对其激光-MIG复合焊接头的焊缝(WM)、热影响区(HAZ)两个微区以及母材(BM)进行微区拉伸、断裂韧度等性能测试,并结合金相、断口扫描等分析该种接头各区及母材的性能差异.结果表明,A7N01P-T4铝合金母材的抗拉强度最高,其次为激光-MIG复合焊接头热影响区,焊缝最差;接头热影响区的断裂韧度Jm(14)值最高,约为119.580 k J/mm2,其抵抗裂纹扩展的能力是3个区域中最强的;Shapiro-Wilk正态性检验表明,A7N01P-T4铝合金激光-MIG复合焊接头的断裂韧度测试结果具有较高的可靠性.

A7N01P-T4铝合金焊接接头低温性能研究

A7N01P-T4铝合金是用于高速列车车体的主要材料之一,其焊接接头的性能好坏对于高速列车安全运行至关重要。近年来,高速列车的快速发展及气候环境的不断变化,对该材料在低温条件下的服役性能提出了更高的要求。论文针对该种材料对接接头,进行了不同低温环境下接头的抗拉强度、疲劳强度试验研究,同时测定了接头的硬度分布,观察了该接头的微观组织。结果表明：焊接接头各区的组织状况能够很好的分析硬度分布规律;随着温度的降低,母材抗拉强度逐渐提高,接头抗拉强度变化不够明显,但由于焊缝中存在缺陷,使得温度对接头疲劳强度的影响不是很明显，气孔是引起疲劳裂纹的主要原因之一。

多次补焊对A7N01P-T4铝合金焊接接头力学性能与组织的影响

通过拉伸试验、硬度试验以及显微组织分析,对多次补焊对A7N01P-T4铝合金MIG焊接接头力学性能以及显微组织的影响进行了研究。研究结果表明:一次补焊至四次补焊时,随补焊次数的增加,接头抗拉强度的变化不大,均低于未补焊接头抗拉强度;焊缝处硬度(72~86 HV之间)无明显变化且最低,热影响区至母材的硬度值(均在112~132 HV之间)变化不大,且均无明显软化现象;随着补焊次数的增加焊缝区显微组织无明显变化均为:α(Al)相基体和其上分布着的部分析出的β(MgZn_2)相,焊缝中心处为等轴晶粒,晶粒均匀细小。

高速列车用A7N01P-T4铝合金板材可焊性研究

以国产A7N01P-T4铝合金板材为研究对象,利用单脉冲MIG焊制备试样,通过对组织形态、力学性能及耐应力腐蚀性能等测试分析来表征材料的可焊性。结果表明:国产A7N01P-T4铝合金板材可焊性优良,焊接及补焊后接头无明显缺陷,无热裂纹产生,抗拉强度、屈服强度、弯曲性能及硬度等力学性能指标良好,且具有优良的耐应力腐蚀性能。

高速列车A7N01P-T4铝合金焊接接头腐蚀行为研究

选取高速列车用A7N01P-T4铝合金及其焊接接头进行中性盐雾实验,研究了其在实际应用中未去包铝层情况下的盐雾腐蚀失效行为。结果表明,盐雾腐蚀过程中焊缝腐蚀最严重,其次是热影响区,母材腐蚀最轻;腐蚀过程起源于包铝层的点蚀,随实验时间的延长腐蚀坑变密并扩大,甚至相互交错连结成片。A7N01-T4焊接接头的腐蚀产物主要有O,Al和C;比较带有包铝层的母材、焊缝区以及去除包铝层的母材三者的极化曲线,其自腐蚀电位负向依次增加,腐蚀电流密度依次增大,从极化曲线也可得出三者的耐腐蚀性能依次降低,包铝层对于铝合金基体以及焊接接头的热影响区起到了较好的防护作用。

超声冲击对7N01P-T4铝合金焊接接头疲劳寿命及应力腐蚀性能的影响

对动车组车体用7N01P-T4铝合金典型焊接接头进行超声冲击强化,并对强化前后的应力分布、疲劳性能、应力腐蚀性能等进行了对比试验。结果表明:超声冲击在焊接接头内引入了残余压应力,可以提高铝合金焊接接头的疲劳寿命,同时有效改善了焊接接头的应力腐蚀性能。

A7N01P-T4铝合金对-搭接结构的搅拌摩擦焊技术研究

通过采用不同的搅拌针偏移位置,对A7N01P-T4铝合金对-搭接结构进行搅拌摩擦焊接(FSW)试验,研究该工艺的桥接性,并分析其对接头组织和性能的影响。结果表明,在不同偏移位置下,均可获得成形良好的焊接接头,其组织主要由母材区、焊核区、热影响区以及热机影响区构成,但接头中存在钩状(hook)缺陷、S线和冷搭接缺陷,从而影响接头质量。当搭接贴合面置于后退侧时,若搅拌针向内偏移,S线对接头的危害显著增加,极大降低了接头的力学性能(最大载荷仅2.03kN);若搅拌针向外偏移,则冷搭接尺寸增加,但对接头性能(最大载荷为15.86～15.96kN)的影响不明显;当搭接贴合面置于前进侧时,S线对接头性能无明显影响,且搅拌针偏移对钩状缺陷尺寸与形状的影响较小,因而对接头性能影响不大(最大载荷为12.76～12.94kN),虽然该方式下最大载荷低于前者,但接头性能稳定性更好。此外,FSW技术在铝合金对-搭接结构的焊接中表现出了较好的桥接能力。

A7N01P-T5铝合金断裂韧度的厚度效应

采用国家标准GB4161—2007对高速列车承载底架焊接结构材料A7N01P-T5铝合金型材的断裂韧度KC进行了测试和分析,测试了3种厚度母材的KC,基于能量理论和线弹性力学提出A7N01P-T5铝合金断裂韧度随试样厚度变化关系KC(B)的解析公式,并进一步采用国家标准GB21143—2007的CTOD试验对其进行验证.结果表明,该公式具有较高的精度和普适性,可用于确定不同板厚材料的KC,将公式应用于不同壁厚条件下的焊接结构的完整性评定,以此节省人力物力,并大幅度缩短焊接结构完整性评定及结构剩余寿命的计算周期.同时为各种金属材料的KC获取提供通用性的方法和参考准则.

下压量对厚板7N01铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

对15 mm厚板7N01铝合金进行搅拌摩擦焊对接试验,焊后开展接头性能分析试验,研究下压量对7N01铝合金搅拌摩擦焊接头的静载拉伸性能、撕裂性能及疲劳强度的影响。研究结果表明,下压量对7N01铝合金搅拌摩擦焊接头静载强度和撕裂性能影响均不显著;随着下压量的增加,7N01铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳强度呈现上升趋势;下压量为1.0 mm时,15 mm厚板7N01铝合金FSW接头的综合性能最优。

合金元素含量对A7N01-T4铝合金微观结构与性能的影响

对A7N01铝合金的Zn、Mg、Zr、Ti、Cu元素含量进行设计,得到四种轧制板材,并进行自然时效。采用力学性能测试、金相组织观察以及腐蚀试验,研究了合金元素含量对A7N01-T4铝合金板材性能的影响。结果表明:Zr、Ti元素对合金显微组织中晶粒大小有较大的影响;Zn、Mg含量的提高可明显提高合金的强度,但高水平的Zn、Mg会降低合金的耐蚀性;微量Cu元素的添加有补充强化的作用,同时也能提高合金的耐蚀性。

7N01-T4铝合金腐蚀疲劳行为研究

开展了7N01-T4铝合金在实验室空气、潮湿空气和3.5%Na Cl盐雾环境下的疲劳S-N曲线测试,研究了这2种腐蚀介质对7N01-T4铝合金疲劳性能的影响。结果表明:7N01铝合金在2种腐蚀介质下缺口敏感度系数比实验室空气环境下的缺口敏感度系数出现不同程度的下降,其中潮湿空气环境下缺口敏感度系数的影响大于3.5%Na Cl盐雾环境;2种试样形式(Kt=1和Kt=3)无论是在潮湿空气环境下还是盐雾环境下的腐蚀影响系数相当接近,3.5%Na Cl盐雾环境腐蚀影响系数小于潮湿空气环境;潮湿空气环境和3.5%Na Cl盐雾环境DFR值均有不同程度下降,3.5%Na Cl盐雾环境对DFR值的影响大于潮湿空气。

7N01-T4铝合金搅拌摩擦焊接头的形貌及力学性能

对15 mm厚7N01-T4铝合金采用3组焊接工艺参数进行搅拌摩擦焊。焊接速度均为200 mm/min,倾角θ均为0.5°,转速ω分别为300 r/min,350 r/min,400 r/min。所用搅拌头采用马氏体时效不锈钢制作,轴肩直径为37 mm,搅拌针为圆台形,针长14。8 mm,针体表面带有细牙螺纹和3个斜切平面。焊后进行外观检验、射线探伤、宏观断面检验、横向拉伸和弯曲试验。结果表明,3组参数所得焊缝外观良好,内部无孔洞、弱结合和S线等缺欠;焊接接头的抗拉强度在351 ～370 MPa之间,断后伸长率为11.9％ ～15.4％,拉伸试样均沿45°方向断裂,断口位于距离焊缝边缘约30 mm的区域;在弯曲180°的条件下,正弯和背弯试样均未产生裂纹。

断续时效工艺对7N01铝合金组织性能的影响

采用透射电子显微镜,维氏硬度计和电子万能试验机研究了断续时效工艺对7N01铝合金的时效硬化行为、力学性能和显微组织的影响。研究结果表明:T5I4态合金晶内析出相平均粒径及体积分数均远小于T5及T73态合金的,其晶界析出相为连续分布的细密点状相,且无明显无沉淀析出带,最终使合金获得较好的室温拉伸性能。当合金在T5I4断续时效基础上再进行第三级高温再时效,到达峰时效(T5I6态)后,其室温拉伸性能再次提升。当在T5I6断续时效的基础上继续时效达到过时效(T5I7态)后,合金的强度与T5I6态相比有所降低,但依然高于T5I4态及T5、T73态样品的。

温度对7N01-T4铝合金疲劳行为的影响

开展了7N01-T4铝合金在实验室空气下室温、100℃和-60℃3种温度条件的疲劳S-N曲线测试,研究了不同温度对7N01-T4铝合金疲劳性能的影响。结果表明:-60℃环境对7N01-T4铝合金疲劳性能是有益的,而100℃环境会降低其疲劳性能;7N01-T4铝合金在室温、100℃和-60℃环境下的缺口敏感度系数分别为0.63、0.60和0.59,这3种温度环境对7N01-T4铝合金敏感度系数基本没有影响;100℃环境Kt=1和Kt=3下的DFR值比室温分别下降24%和16%;-60℃环境Kt=1和Kt=3下的DFR值比室温分别提高42%和14%。