航天铝合金2A14焊接接头不均匀性研究

作     者：李渊 

作者单位：北京工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李辉;张俊杰

授予年度：2018年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：2A14铝合金 TIG焊接 接头软化 强制冷却 

摘      要：2A14铝合金作为可热处理强化的锻压铝合金,是我国目前运载火箭贮箱所用的主要材料之一,其焊接接头的安全服役,是设计、制造中必须面对的问题。然而采用TIG焊接时,接头仍然存在严重的接头软化问题,接头内部组织的不均匀导致力学性能产生差异,接头强度系数低,因此研究2A14铝合金TIG焊接头的不均匀性及找出改善接头软化的方法,对于提升运载工具结构的制造水平具有较大的工程实际意义。本文以2A14铝合金为研究对象,为T6和T651两种焊前热处理状态,针对厚度不同的试板采用单面单层和单面双层两种焊接方法进行了焊接。研究了各种条件下接头的不同区域微观组织和力学性能的变化,对接头各个区域的晶粒形貌及尺寸、气孔分布、元素与第二相分布等几个方面进行了研究,采用维氏硬度测试和静载拉伸力学性能及微区拉伸力学性能测试,结合微观组织分析了力学性能产生差异的原因。焊缝区为等轴树枝晶,晶粒较为粗大,晶间析出粗大共晶相,力学性能较差。固溶区晶粒相较于母材有一定的粗化,焊接过程中形成过饱和固溶体,经自然时效后强硬度优于焊缝区。过时效区中晶粒与母材区差异不大,但析出相发生溶解与粗化,使强硬度明显下降,导致接头软化。将微区拉伸强度值与对应位置的显微硬度相关联,建立了硬度与强度之间的工程经验关系式。为了改善接头的软化问题,结合实际工况,本文在焊接过程中加入局部强制冷却装置的方式以提高接头强度。通过热电偶采集温度曲线,分析冷却装置对焊接接头组织和力学性能的影响。冷却装置明显加快了热影响区的冷却速度,降低了峰值温度减少了高温持续时间,从而减弱了软化程度。结合热循环曲线与经典的粗化理论,发现高温时效时间与峰值温度是促使沉淀相发生粗化的主要因素。分析不同的沉淀强化模型,发现沉淀粗化的强化机制会大大降低原有的强化效果。