Al-Cu-Li合金電子束焊接工藝及接頭組織與性能.pdf

1、近年來(lái)，隨著航空航天工業(yè)的飛速發(fā)展，鋁鋰合金作為高性能結(jié)構(gòu)材料正逐步取代傳統(tǒng)的高強(qiáng)鋁合金。目前工程上應(yīng)用的鋁鋰合金主要為第3代鋁鋰合金，與第2代鋁鋰合金相比，第3代新型Al-Cu-Li系合金具有更加優(yōu)異的性能特點(diǎn)，如合金的強(qiáng)度和韌性平衡良好、耐損傷性能優(yōu)良、各向異性小、熱穩(wěn)定性好、耐腐蝕、成型加工性好等。但是，由于Li元素所具有的特性，采用傳統(tǒng)的熔化焊方法焊接易出現(xiàn)焊縫氣孔、熱裂紋等缺陷，難以獲得高質(zhì)量的焊接接頭。相比較而言，真空電子束

2、焊具有能量密度集中、熱影響區(qū)窄、焊接變形小以及保護(hù)氣氛好等優(yōu)點(diǎn)，用于Al-Cu-Li系合金焊接具有較大優(yōu)勢(shì)?；诖?，本文對(duì)厚度為2.5mm的新型 Al-Cu-Li合金板材的電子束焊接工藝進(jìn)行研究，重點(diǎn)分析電子束流對(duì)焊縫成形、接頭組織與性能的影響。為了進(jìn)一步改善接頭的組織和性能，焊后對(duì)接頭進(jìn)行固溶+時(shí)效熱處理。此外，還對(duì)接頭的耐蝕性能進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。
　　金相組織觀察表明，焊態(tài)下接頭從熔合線到焊縫中心的組織依次為等軸細(xì)晶層、柱狀晶及

3、等軸樹(shù)枝晶。在熔合線附近形成的細(xì)晶層主要與合金中含有的Zr和Li元素有關(guān)，細(xì)晶層的存在抑制了熔池邊緣的聯(lián)生結(jié)晶過(guò)程。在焊縫中心樹(shù)枝晶的晶界處分布著大量的共晶組織，EDS能譜分析以及焊縫XRD測(cè)試表明，晶界共晶組織的組成主要為α+θ′(Al2Cu)。對(duì)焊縫金屬進(jìn)行TEM觀察，發(fā)現(xiàn)焊態(tài)下焊縫中的強(qiáng)化相數(shù)量較少，在晶界處還形成了晶界無(wú)析出物區(qū)。
　　力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，焊態(tài)下由于Al-Cu-Li合金電子束焊接頭熱影響區(qū)的過(guò)時(shí)效軟化以及

4、焊縫金屬的欠時(shí)效，使得熱影響區(qū)和焊縫金屬的顯微硬度均低于母材，接頭的抗拉強(qiáng)度與母材相比，有一定程度的下降。隨著焊接熱輸入的增加，接頭的抗拉強(qiáng)度降低。拉伸斷口掃描觀察顯示，室溫下接頭拉伸斷口呈典型的微孔聚集型斷裂。
　　對(duì)接頭進(jìn)行固溶+時(shí)效焊后熱處理，接頭焊縫區(qū)域的組織發(fā)生了顯著變化，熔合線附近的等軸細(xì)晶帶消失，焊縫中心區(qū)的組織由樹(shù)枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶，焊態(tài)下晶界偏析現(xiàn)象得以消除。對(duì)熱處理后的焊縫進(jìn)行 TEM觀察，發(fā)現(xiàn)焊縫中析出了大量的

5、球狀δ′(Al3Li)相以及細(xì)針狀T1(Al2CuLi)相，有效改善了焊態(tài)下焊縫的欠時(shí)效現(xiàn)象。熱處理后接頭的強(qiáng)度和顯微硬度都有明顯提高，接頭的抗拉強(qiáng)度由焊態(tài)下的348 MPa提高到熱處理后的423.1MPa，拉伸斷口表面均勻分布大量的韌窩。
　　分別采用浸泡法和電化學(xué)腐蝕方法評(píng)價(jià)Al-Cu-Li合金焊接接頭的耐蝕性能。當(dāng)接頭在晶間腐蝕溶液(IGC)中浸泡24h后，母材表面存在較深的蝕孔，焊縫區(qū)主要發(fā)生局部網(wǎng)絡(luò)狀的晶間腐蝕，熱影響區(qū)