铝锂合金的焊接新工艺及补焊技术研究

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铝锂合金因具有低密度、高强度、高弹性模量、耐高温、优良的超低温性能及良好的抗蚀性等系列优点,成为我国航天运载器贮箱和航空结构件的主要备选材料。目前国内外对铝锂合金主要采用弧焊焊接,其接头机械性能较差,有着较强的气孔敏感性、氧化敏感性和热裂纹敏感性,同时焊接接头组织的均匀性较差。  为满足航天运载器贮箱性能提高的需求,对铝锂合金的焊接和补焊技术研究具有了很大的工程价值。本论文主要对国产2195铝锂合金的焊接性和补焊特性进行研究。对2195铝锂合金分别采用了单电极和三电极的高频耦合脉冲TIG填丝焊接及补焊工艺,对焊接接头进行了X光透视、力学性能测试、显微组织分析、断口分析和显微硬度分析等系统的研究。  对2195铝锂合金的焊接试验中,为防止铝锂合金的氧化,焊接过程在全氩保护氛围内进行并将高频能量与电弧相耦合,使得焊缝内气孔得到了有效的控制。但焊缝内组织的分布仍不均匀,局部不等强性较严重,细小等轴晶带的存在及热裂纹等缺陷严重降低了接头的机械性能。  对接头的性能及其影响因素进行系统分析后,提出了三电极高频耦合脉冲TIG填丝的新工艺。从电弧形态、伏安特性和工艺特性上分析了三电极TIG电弧的物理特性和工艺特性,验证了三电极TIG高频耦合脉冲焊接的可行性,并对2195铝锂合金进行焊接试验。结果表明,接头的机械性能有了较大的提高,焊缝内气孔已基本清除,焊缝显微组织内的细小等轴晶带已大幅变窄甚至消除,焊缝内组织分布均匀,局部不等强性得到较大的改善。三电极TIG高速焊接的低热输入减小了热影响区的宽度,并使焊缝整体的硬度和强度有了较大提高。  采用单电极和三电极的高频耦合脉冲TIG填丝焊接工艺对2195铝合金进行了补焊试验,发现补焊热输入的大小对焊缝的机械性能有较大的影响,三电极TIG的低热输入使得补焊接头机械性能的下降幅度较小。随着补焊次数的增加,焊缝机械性能的下降幅度随之增大,组织粗化程度加剧,因此,为保证补焊焊缝的质量,应严格控制补焊次数。
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