铝合金、钛合金电子束焊接接头组织、性能和焊接性能研究

摘要

轻质合金材料具有比强度高、耐蚀、耐热性能好等特点，在国防、航空、航天工业中广泛应用。但是其可焊性差，加工工艺不佳。轻质合金的高能密度焊接是当今世界焊接工艺研究的热点。因此，研究铝合金、钛合金电子束焊接接头组织和性能及其焊接性能，不仅可以丰富电子束焊接的理论知识，而且对指导实际生产具有重要意义。 本研究针对国防工业常用的6061-T6铝合金，采用真空电子束焊接方法，在多种工艺条件下进行了施焊，通过金相分析、力学性能试验、X射线衍射和SEM技术研究了对接接头的显微组织与结构、力学性能和断口形貌特征。另外，通过改变坡口表面焊前清理、焊片除气、预热、重熔以及焊接工艺参数，重点分析研究了铝合金焊缝气孔产生倾向和焊缝裂纹的产生原因，找到了减少铝合金焊缝气孔和避免产生焊缝裂纹的最佳工艺措施。此外，对航天航空常用的TC4钛合金材料的真空电子束焊接接头的显微组织、结构、力学性能和断口形貌特征也进行了研究。取得的主要研究结果为： ⒈ 焊前采用细砂纸磨光，再用丙酮清洗坡口，在焊接工艺参数适宜的情况下，铝焊缝气孔数减少；随着热输入的增加，铝焊缝气孔数减少；预热和重熔不仅可以修饰焊缝表面成形，还可以有效减少铝焊缝的气孔数。 ⒉ 预热和重熔使得焊缝区和熔合区的等轴晶和胞状树枝晶比较粗大，Mg2Si相的数量减少，导致了铝合金电子束焊接接头的强度、塑性和硬度降低，但仍然高于钨极氩弧焊焊接接头的强度、塑性和硬度。 ⒊ 对接接头添加焊片且随着厚度的增加，铝合金焊接接头的抗裂性较好，焊缝产生的裂纹率显著减小。 ⒋ 钛合金电子束焊接接头的焊缝组织是由部分柱状晶和细针状αˊ相组成，近缝区组织为αˊ相和部分α相的混合物，靠近母材热影响区组织为α〞相和部分α相的混合物。 ⒌ 钛合金焊接接头抗拉强度接近或略高于基材，并保持较高的塑性和韧性，断裂主要发生在母材处。拉伸断口微观形貌为圆形微坑状的等轴韧窝和沿晶韧窝。