高強(qiáng)鋁鋰合金2195激光焊接性及其工藝研究.pdf

1、鋁鋰合金具有密度低、比強(qiáng)度、比剛度高等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的航空航天需用的輕質(zhì)高性能材料。采用傳統(tǒng)的焊接方法如TIG焊、MIG焊等方法焊接鋁鋰合金時，易出現(xiàn)熱輸入大、焊接變形大、接頭軟化嚴(yán)重、氣孔敏感性大、焊接速度慢、熔深較淺等問題，使其不能滿足航空航天對連接件高性能的要求。激光焊接具有能量密度高，焊接速度快，熱輸入小等優(yōu)點(diǎn)，因而可獲得深寬比大、焊接熱影響區(qū)較窄、焊接變形小且性能優(yōu)良的焊接接頭，近年來正得到越來越多的重視和發(fā)展。基于此，本文

2、針對航空航天領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛的2195-T8高強(qiáng)鋁鋰合金，采用CO2激光焊和光纖激光焊的方法進(jìn)行對接焊，研究了工藝參數(shù)對焊縫成形和成形質(zhì)量的影響規(guī)律，比較兩種焊接方法的焊縫成形差異，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝優(yōu)化，獲得成形良好、無缺陷的焊接接頭，并對典型對接接頭的組織演變規(guī)律、力學(xué)性能進(jìn)行表征分析。研究焊后固溶時效處理對接頭組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律，為鋁鋰合金激光焊接的擴(kuò)大應(yīng)用提供實踐經(jīng)驗和技術(shù)支持。
　　(1)系統(tǒng)研究分析了激光功率、焊

3、接速度對焊縫的正面熔寬、背面熔寬、熔池的橫截面積、焊縫氣孔率、熱裂紋敏感性的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行焊前預(yù)熱、降低冷卻速度的工藝優(yōu)化試驗，獲得焊縫成形良好、表面內(nèi)部無缺陷的焊接接頭。綜合比較CO2激光和光纖激光的焊縫成形，CO2激光焊接方法焊縫成形更佳，其工藝參數(shù)窗口更寬，焊接過程更穩(wěn)定，背部穿透性更均勻，表面缺陷更少。
　　(2)系統(tǒng)地觀測和表征接頭的顯微組織和力學(xué)性能，熔合線區(qū)為細(xì)等軸晶區(qū)，晶粒尺寸為3~5μm，其形成與 L

4、i、Zr、Ti等合金元素有關(guān)，焊縫區(qū)的組織的變化依次是柱狀晶區(qū)、樹枝晶區(qū)、等軸晶區(qū)，焊縫晶界有大量的α(Al)+θ′(Al2Cu)共晶相，晶粒內(nèi)部析出少量的S′(Al2CuMg)相和 TB(Al7.5Cu4Li)相。EDS能譜分析結(jié)果顯示焊縫合金元素Cu、Mg存在著很明顯的宏觀偏析和微觀偏析，宏觀偏聚在熔合線附近及焊縫中心，微觀偏聚在晶界處和少數(shù)晶內(nèi)析出相處。焊縫相對母材硬度下降32.3%，接頭拉伸強(qiáng)度為296 MPa，為母材強(qiáng)度的51

5、%，塑性下降為0.93%，斷裂發(fā)生在焊縫，斷裂模式屬于沿晶脆性斷裂。綜合比較CO2激光、光纖激光、傳統(tǒng)弧焊方法接頭組織性能，兩種激光焊接方法組織性能差異不大，但都優(yōu)于傳統(tǒng)弧焊。
　　(3)系統(tǒng)研究分析了固溶時效處理后接頭組織性能變化，固溶時效處理后的焊縫中枝晶組織轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶，晶粒大小發(fā)生長大，同時在晶界處和晶粒內(nèi)部重新析出細(xì)小彌散的針狀T1(Al2CuLi)相，使焊縫區(qū)的硬度和接頭強(qiáng)度有明顯回升，硬度相比焊態(tài)下提高25.6%，接