高强度铝合金焊接结构激光修复接头组织与性能研究

摘要

A7N01P-T4铝合金作为高强度的Al-Zn-Mg可热处理强化铝合金，被用于高速列车主要承力结构上。在负载（动载或静载）和腐蚀环境的交互作用下，铝合金焊接结构作为性能薄弱区可能产生裂纹等失效形式，是高速列车保障安全运行的重点关注区域。相比于电弧修复，采用激光修复的方式对产生裂纹的部位进行修复可以减少填充金属，降低热输入，减小结构变形。 本文采用激光窄间隙焊对15mm厚的铝合金MIG焊接头进行模拟修复，工艺参数为Plaser=4kW,vweld=0.48m/min，vwire=2m/min，vgas=30L/min，坡口形式选择为宽度为3mm的U型槽，底部利用了铜衬垫强制成型，以7层7道的方式实现了15mm厚板的全厚度修复，成型良好。 对激光修复前后的接头进行硬度分布、微观组织、拉伸性能、残余应力分布和耐腐蚀性等性能进行对比分析。与激光修复前相比，激光修复后接头硬度软化区并没有扩大。修复层焊缝较MIG焊缝柱状晶更加细小，但气孔和夹渣等缺陷降低了接头的抗拉强度。与母材相比，MIG焊和激光修复带来的热输入会使晶界η相（MgZn2）长大，连续性增加，晶内第二相形态与分布大致相同，以GP区为主，并存在少量η＇相和η相。激光修复时带来的热输入会导致修复层附近残余应力值增加，但幅度较小。 以三点弯形式进行加载时，A7N01P-T4铝合金应力腐蚀裂纹不是全厚度贯穿裂纹，应力腐蚀裂纹扩展方向存在两个方向，一个是垂直于外加载荷应力的L向裂纹，另一个是因腐蚀产物在裂口中产生楔入力而造成的T 向裂纹。修复接头热影响区为应力腐蚀裂纹扩展速率最大的区域（3.0×10-7mm·s-1），但与修复前相差不大。修复后接头热影响区剥蚀最为严重，通过动电位扫描发现接头中激光修复接头的热影响区 Ecorr最低。经过交流阻抗分析发现修复后接头热影响区剥蚀过程中在点蚀阶段腐蚀速率要明显大于修复前，这是造成修复前后热影响区剥蚀形貌不同的主要原因；通过增加镁合金板的方式可以在一定程度上改善修复后接头热影响区的耐腐蚀性能。

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