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7075超高强铝合金脉冲MIG焊接头组织与性能

2023-07-07 来源:汇智旅游网
精170 密成形工程 第9卷第6期 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2017年11月 7075超高强铝合金脉冲MIG焊接头组织与性能 陈大军,李忠盛,戴明辉,付扬帆,代野 (西南技术工程研究所,重庆400039) 摘要:目的研究7075铝舍金脉冲MIG焊接头组织与性能。方法通过对5 mlTl厚7075铝合金进行脉冲M1G 焊接.采用OM、SEM、万能试验机及显微硬度仪对接头的微观组织及性能进行表征。结果7075铝合金脉 冲MIG焊接头中,无咬边、裂纹、未熔合等焊接缺陷;接头显微硬度分布呈现中间低两头高的特征,平均 抗拉强度高达370 MPa以上,达到母材强度的70%以上;焊缝区为晶粒尺寸约25-45 gm的等轴晶组织,靠 近熔合线的焊缝区域为柱状晶组织,热影响区靠近熔合区一侧为类似等轴晶组织;焊缝区为韧窝断裂,热 影响区为脆性沿晶断裂和少量韧窝断裂的混合断裂模式。结论采用脉冲MIG焊技术可实现7075铝合金的 高强连接。 关键词:7075铝合金;脉冲MIG焊;微观组织;力学性能 DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2017.06.029 中图分类号:TG44 文献标识码:A 文章编号:1674—6457(2017)06-0170—05 Microstructure and Properties of 7075 High Strength AI—alloy Pulsed MIG Welding Joints CHENDa-jun,LIZhong-sheng,DAIMing-hui,F Yang-fan,DAIYe (Southwest Institute ofTechnique and Engineering,Chongqing 400039,China) ABSTRACT:The paper aims to study the microstructure and properties of 7075 A1一alloy pulsed MIG welding joints.The 5 mm thick 7075 A1-alloy was welded with pulsed MIG welding,and the characterization of the microstrucmre and properties of 7075 A1一alloy pulsed MIG welding joints was studied with OM,SEM,universal testing machine and microhardness tester.The un— dercut crack and incomplete fusion were not found in zone of 7075 A1・alloy pulsed MIG welding joints.The microhardness curve of welding joint was low in the middle and high at the two ends.The average tensile strength of the joints in the experi— ment was higher than 370 MPa,which was over 70%of the base metal tensile strength.The microstructure of weld zone was isometric crystal of grain size of 25-45 pm;weld zone near fusion line was columnar crystal;and heat affected zone near usion fline was similar isometric crysta1.Weld zone shows dimple fracture and the heat affected zone characterize with brittle inter— granular fracture and a small amount of dimple fracture.7075 A1一alloy could be welded with high—strength by pulsed MIG welding. KEY WORDS:7075 A1一alloy;pulsed MIG welding;microstructure;mechanical properties 7075铝合金是一种A1.zn.Cu—Mg系可热处理强 化的超硬铝合金材料,具有密度低、比强度和比刚 兵器、船舶汽车、高速列车等军民品领域。由于铝 合金极易氧化、导热率和热膨胀率大,焊接时热裂 倾向大、气孔敏感性高、焊接性很差,采用传统熔 焊工艺极易产生裂纹、气孔等焊接缺陷,严重降低 度高、耐腐蚀性能好、塑性好、易于成形等优点, 是轻量化的首选材料,已被广泛应用于航空航天、 收稿日期:2017-09—11 作者简介:陈大军(1978一),男,硕士,高级工程师,主要研究方向为异种金属摩擦焊以及轻合金焊接。 第9卷 第6期 陈大 等:7075超高 {合 脉冲MI(; 接头组织 性能 l71 接头的焊接强度lI 】。脉冲M1G焊技术是存较低的 基值电流上,周期性地叠加高峰值的脉冲电流,使熔 滴实现稳定喷射过渡,能显菩提高铝合金的焊接质 量,是一种先进的锌;合金焊接方法,已成为圈内外趟 硬销合金等雉焊材料焊接研究的热点 _。 ,义中采川 脉冲MIG焊,对5 mm厚的7075钒合金进行焊接, 分析脉冲MIG焊接头的微观组织和力学性能: 1 试验 试验母材为7075铝合金,J 寸为300 13"113"1X 100 minx5 mm,T6态,焊前试板经4l0℃×1 h、随炉冷却 处理?焊丝为IA5356,直径为 1.2 mm,7075销合金 含有质量分数为0.4%的Si,0.5%V,j Fe,1.2%~2.0%的 Cu,03%的Mn,2.1%~2.9%的Mg,0.18%~0_28%的 cr,5.1%~6.1%的Zn,0。2%的Ti,余量为A1;1A5356 焊丝含有质量分数不大于0.25% ̄9 Si,不大于0.40% 的Fe,不大丁0.10%的Cu,0.05%~0.20%的Mn, 4.5%~5.5%的Mg,0.05%~0.2o%V,j Cr,不大于0.10% 的Zn,不大于0.20%的Ti,余量为A1 试验设备为福尼斯Transpuls Synergic 5000型脉 冲MIG焊机,保护气流量为l6~18 L/arin,焊接速度为 50 cm/min,焊接电流为160 A,送丝速度为20 cm/min 试验采用对接接头,开60。的V型坡口,根部问隙为 0.5 mm,焊前对板材接缝两侧进行表面清理,除 氧 化层及油污,选择体积分数为75%的Ar和25%(t9 He 作为焊接保护气体 .焊后对焊接试样进行同溶+双级 时效,热处理制度为同溶温度为475℃,『古]溶nell!为 40 min,一级时效温度为125℃,一级时效时问为5 h, 二级时效温度为l63℃,二级时效时间为l 5 h 采川DX一2500型x射线衍射仪进行物相分析, x射线衍射仪一I 作条件为:CuKcc,管压为35 kV,箭 流为20 mA,扫描速度为0.04(。)/s,扫捕范罔为 10。~l20。;采用XXQ一2005型x射线探伤仪进行全焊 缝探伤;采用CSS44l 00电子万能试验机测试焊接接 头的拉伸性能;采用HM—MT1000 微维氏硬度计测 试焊接接头的显微硬度;采用OLYMPUS—BX60M光 学金相显微镜观察焊接接头的微观组织;采用 Quanta200型扫描电镜(SEM)观察焊接接头的断口彤 2结果及分析 2.1 抗拉强度 7075铝合金脉冲MIG焊接头的宏观肜貌见 l 可见,焊缝正面外观呈漂亮的鱼鳞状,焊缝宽度为 9~l0 mm,宽度均匀适中,成形良好,焊缝背面全焊 透,整条焊缝术发现咬边、宏观开裂等缺陷,X射线 尢损探伤测试表明焊接质苗达到I级 ,焊缝背商 1 7075钒合金脉 MIG焊接头的宏观彤貌 Fig.1 Macro morphology of 7075 A1一alloy pulsed MIG weld ing joints 7075销合金脉冲MIG焊接头的抗托强度 冈2, 可见,7075销合金脉冲MIG焊接头的抗拉强度处丁 359~375 MPa之问,平均抗拉强度为37l MPa,达刨 母材强度的70%以卜;托伸试验结果还表明,7075 合金脉冲MIG焊接头的断后伸K率仅为 2.5%~3%,Ⅱ托伸断口均断裂在焊接接头的热影响 部位,说叫热影响 足脉冲MIG焊接头的薄弱环节 L 世 鳗 罔2 7075销合金脉冲MIG焊接 的抗托强度 Fig.2 Tensile strength of 7075 A1一alloy pulsed MIG welding joints 2.2 显微硬度 7075销合金脉冲MIG焊接头的 l;_微硬度见网3 薹 3 7075{}1合金脉冲MIG焊接头的显做硬度 Fig.3 Micro—hardness of 7075 Al—alloy pulsed MIG welding joints ¨r ,骼个接 部化 II卜3条测试线硬度值均早班 巾M低Jj^j 『岛的“,0微肜”特 ,焊缝中心J 域 微硬 度最低,最低仇为l09HV;…rli|【 往熔合线方向,碰 度似逐渐增l』JI1, 熔合线附近I x=域达到最高值,最高 他 1 83HV;{{ff 材力‘ 硬发值小幅降低,行趋J 稳定,钡发 l60HV~1 80HV之间波动 2.3 物相组成 7075 介金脉冲MIG 接 的x射线衍射谱 降i 4 _几『 ,f0: ‘的XRD f汀射i普含有Al峰、MgZn, 峰、A1bMn峰、Mgj!(AI,Zn)Jq峰;焊缝 的XRD衍 身寸谱 彳J A1 m簪、MgZn2峰、AI6Mn峰,说叫十 材f 币ll焊缝 的物卡II 成 小十lI川 于焊缝 的MgZn 等强化牛ll峰仇低,蜕f州 缝Jx:的强化相数 较母材 少这 址f11 J: 接过 液态熔池 脉冲搅扑作川 卜,熔化的付材 j 1A5356焊丝金属1寸1 混合, 致使 缝『J、】部物1:I I成堰小十II ,但…t丁焊缝lX处丁 高温l1、『叫较K, ,人J 少 姒化相,致使焊缝J MgZn 强化州I数 较f州计少,这也是导致焊缝lx 微6史度低r 材的 之一 l纠4 7(175 f¨介 脉冲MI( 垃火的X习t线衍射 Fig.4 XRD pattertIS ot、7075 AI—alloy pulsed M1G welding joints 2.4微观组织 7075 金脉冲MIG 接 的微观组织见 5 从 材微观 ( J冬I 5a)行…,7075 合会州 材 稃 2017年1 1 J 为滞轧制方向排列的细小扳条状绀织, 色的 化十II 颗粒}什』fi延力 弥散均匀分 ;从焊缝I)(:微观 织 ( 5b)行…t,焊缝J 为 J 的铸造 纵,1I乏观 为fIIIil粒 寸约25~45 pm的粗大等轴J , 近熔 线 的焊缝J 域为沿敞热方向生K的较粗火仆状 ;热影 响I)‘=为较疏松的类似等轴状的微观组织( 5c) 这辛要址…1 j 7075 合金板 发大,采}1 J j 较低 接述 的T 现全焊透,导致焊接热输入能 较 I岛, 缝I 处 门温时 相对较k,敛他焊缝I≮ 怏速,fjK 、卡f【人的等轴品,焊缝I× r fj 化 址 敛 徽艇度低川 材的原l 之一随行 接热 的热 传导,热影响』x:受焊接热作川,温度的升 他 近熔 合I ・侧的味 材细小板条状绀织发, r 部lIf I , 组织形貌 现为较疏忪的类似等轴状的微观 , { J作川卜,极易萌生微裂纹 K_人、扩腱干¨』l: 裂,导敛7075 合金脉冲MIG焊接头托fll1 验时1 热影响I)‘:断裂 . 卅:材 -热影响l 5 7075钾1合会脉冲MIG 接头的做观川 5 Fig.5 Microstructure of 7075 AI—alloy pulsed MIG welding joints 第9替 笫6 j圳 人 : :7075 {} 脉7lI JMII t {受 【 lf H 能 I 73 2.5拉伸断口扫描电镜分析 7075{芋{合 脉7'11 MIG焊接 的十 fII'l*J I SEM.1l({ 片 6从宏观断『l彤貌( I冬1 6a)仃 ,:h'q'qq*J 口沿热影响 边缘Jl:裂.并I句 缝『人J 扩腱,也说IJIJ 纹 清晰,陵『fJ较分日』{, I I ill沿轧圳纤维 的 体J二 脆性沿 断裂f¨少艟切窝断裂组成,热影响I 属十脆 断【I 从托深断¨分析II丁知,7075{i1合金 脉冲MIG 接 断裂前 性流动少,导致r接 断 后仲长率较低 热影响 是7075 合金脉冲MIG 接头的 刺环 节;从焊缝I 断I¨ 貌(见 6b)Il『以看…, 缝 Ix:为 彻窝状断I 1,{;I]窝数b 多ll_细小均匀,J _l1r 3 结论 1)采JIJlJ】水 MIG焊技术实J: 了7075 ;合 的 约5~30 pm,部分 寓底部含有 粒状物质, 微 孔聚集型断裂特征这土要是…J 受批心力作川发 性!变肜时,在碰脆析…卡¨粒子 _j 仆n,J边 上会怅 积}1:多位错,从 , : 应力集rf1, 1} 集if1达刊 .定 , 度时,存闪并的边 处广:'l-4L ̄I,J、孔隙.断 ill微细裂纹,随着托 乃进一步增J Jl1, {裂纹 端附 近 部 域内的 力超过材料的断裂 度 , 体}f} 馊脆析…相粒r圳¨jJ发, 局部断裂,flI J 馊脆析… I 粒子数量很多,形成r数 多乖Il细密的坑状 从 热影响区断口形貌( 6c)胥…,热影响i 断I I t一热影响l 6 7075钌:合 脉冲MIG焊接 的断I I SEM』 Fig.6 SEM photographs ol’fracture of 7075 Al-alloy pulsed M1G welding joints 高强连接 2)脉冲MIG焊接头 微馊瞍分 现r1 川低 离的特 ,T-J与抗托强 尚达370 MPa以f:,丛刮 母材强度的70%,以上 3)7075钳1合金脉冲MIG 接头焊缝Ij(£ 也 A1 MgZn,,AI Mn等物卡日,』 小卜j 材相 ll,k冲 MIG 接 缝JX为粗人的等 组织,靠近熔合线 的焊缝I } 犬『 绀织,热影I x:靠近熔合Ix ・f[J!l】为 较疏松的类似等轴品组纵 4)脉 MIG焊接义 缝I)‘=为韧窝断裂,热影响 l≮为¨Iff}轧 ti纤维方向的脆 品断裂 少 窝 断裂的混合断裂十}!式 参考文献 、Ij水;f . 1 金是观tt:'i 1 轻: 化的 选材料[‘l】.钎; JJI lJ ,2005(5):36—39. 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