2024铝合金TIG焊焊丝制备及其焊接性能研究

作     者：聂志坚 

作者单位：桂林理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：唐鑫

授予年度：2023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）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：焊接 稀土元素 TiC 铝合金 力学性能 

摘      要：2024铝合金具有优异的机械性能和耐蚀性,是目前常用的轻质高强金属材料之一。但熔焊方法难以实现对其的高质量连接,焊后容易出现焊缝强度低、焊接热裂纹等缺陷。近年来,稀土元素因性质特殊在铝合金中得到了广泛应用,同时铝基复合材料焊丝能改善焊接热裂纹也受到极大关注。本文实验以Al-5Mg-0.8Mn为基体,在基体内添加Er元素和TiC微米颗粒分别制备为微合金化焊丝和铝基复合材料焊丝,使用焊接机器人对2024-T3板材进行焊接,并选综合性能较为优异的含Er焊丝对2024-T3和7075-T651进行异质焊接。通过金相显微镜、扫描电镜等仪器分析焊缝显微组织,并通过显微硬度仪、万能试验机、电化学工作站等测试焊缝综合性能。主要研究结论如下:（1）本论文通过真空吸铸制成焊丝表面质量良好,添加Er元素后,焊丝中第二相增多;添加TiC颗粒后,颗粒在焊丝内部分布均匀,无团聚现象出现。（2）使用商业5183和Al-5Mg-0.8Mn-x Er焊丝对2024-T3板材进行TIG焊接,商业焊丝焊接后在焊缝中形成的粗大网状S相（AlCu Mg）降低力学性能并增加腐蚀通道,焊丝添加Er元素后生成AlCuEr阻碍网状组织生成并使长条状S相转变为短棒状,加强第二相强化效果。相较于自制焊丝,商业5183对应的焊缝抗拉强度和耐蚀性相对较低。Al-5Mg-0.8Mn-0.6Er焊丝对应焊缝抗拉强度可达343 MPa,相较于5183焊丝提高17%,达到2024-T3母材的74.5%;同时,网状组织消失导致腐蚀通道减少,延长腐蚀路径提高焊缝耐蚀性。（3）使用Al-5Mg-0.8Mn-x TiC复合材料焊丝对2024-T3板材进行焊接,焊缝正面出现少量黑色TiC颗粒,背面无明显缺陷。TiC颗粒进入焊缝后,由于异质形核作用有效细化焊缝晶粒并抑制网状第二相生长;焊缝抗拉强度、抗弯强度、显微硬度均得到提高;含2 wt%TiC颗粒焊丝对应抗拉强度可达323MPa。但过量TiC容易团聚且导致微观气孔出现,从而降低焊缝强度。（4）当使用商业5183焊丝对2024-T3/7075-T651进行异质焊接时,焊缝中生成了网状的T相（Al Zn Mg Cu）和S相,网状组织的出现导致焊缝力学性能降低。当Er元素加入后,对异质焊接的作用机理与在2024焊缝中的相似。AlCuEr相抑制了网状第二相生长,细小的S相和AlCuEr相在焊缝中起到了第二相强化效果,提高了焊缝力学性能和耐蚀性能。使用Al-5Mg-0.8Mn-0.6Er焊丝时,异质焊接焊缝抗拉强度可达326.5 MPa。