【doc】2519高强铝合金双丝GMAW焊接工艺

【doc】2519高强铝合金双丝GMAW焊接工艺 2519高强铝合金双丝GMAW焊接工艺 第27卷第10期焊接Vo1.27No.10 2006年10月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONOctober200 6 2519高强铝合金双丝GMAW焊接工艺 范成磊,梁迎春,杨春利,程士军 (1.哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室,哈尔滨150001 2.哈尔滨工业大学机械工程博士后流动站) 摘要:针对20mill厚2519铝合金板,试验了大电流两道焊(DL)和小电流四道焊(XS) 两种GNAW焊接工艺对焊缝成形和接头的力学性能的影响.结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,DL和XS焊接 接头的抗拉强度都不足母材的60%,但DL接头的抗拉强度和伸长率比XS高而冲击韧 度比XS低.综合DL和XS焊接工艺的优点,提出了新的大电流四道焊接工艺(DS). 对接头的力学性能测试表明,Ds焊接接头抗拉强度达到母材的61.2%,冲击韧度较DL 焊接接头有所提升.DS焊缝区组织主要是a相和弥散分布的共晶组 织;对接头进行硬 度测试发现,焊缝区硬度最低,而由于0相的重新固溶析出,热影响区 硬度较焊缝区有 明显提高. 关键词:2519高强铝合金;双丝GNAW焊接;工艺 中图分类号:1V,444文献标识码:A文章编号:0253—360X(2006)10—015—05 0青 2519高强铝合金(.Cu—Mn系)是一种新型装 甲 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ,具有较高的比强度和比刚度以及良好的加 工和力学性能,尤为突出的是其在抗弹性能不低于 原7039装甲铝合金前提下,在海水及盐雾环境下的 抗应力腐蚀性能大大提高,是目前制造轻型装甲战 车的理想材料_lJ.铝合金装甲在生产过程中一般 采用电弧焊的方法进行连接,但是焊接过程中存在 热裂倾向大,气孔敏感性高等问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,同时2519铝合 金对焊接热输入比较敏感,工艺规范控制不当接头 组织会发生变化,影响焊缝及热影响区的性能,进而 严重降低了焊接结构件的总体强度和使用寿命,这 些特点使得2519铝合金在国内目前还没有得到推 广和应用.炮塔装甲构件通常都比较厚大(厚度达 20—80mm),用常规弧焊方法进行连接,生产效率非 常低下.双丝GMAW焊方法是近年来新推出的焊 接方法,同普通单丝GMAW焊相比,双丝焊具有焊 接效率高,热影响区小,低飞溅和低气孔率等优点, 尤其适用于厚板铝合金装甲的生产. 文中针对2519高强铝合金厚板双丝GMAW焊 接工艺进行探索和研究,确保获得良好的焊缝成形 和接头性能,为国防工业提供技术支持. 收稿日期:2006—03—21 基金项目:国家863高科技资助项目(2002AA305402) 1双丝GMAW焊接原理 范成磊 双丝GMAW焊接原理如图1所示_3J,两根焊丝 通过一个特别 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的焊枪按一定的角度送人到同一 个熔池中,两根焊丝由各自的电源供电,送丝速度, 脉冲电压,脉冲频率,基值电流,脉冲时间等参数都 可独立调节,电弧控制非常灵活.双丝GMAW焊由 两根焊丝同时熔化,处于同一个熔池中,二者互相加 热,最大限度的减少了热量损失,提高了熔敷速度和 生产效率. 图1双丝GMAW焊接原理图 F.1Schematicdiagramofdouble-wireGMAWwelding 双丝GMAW焊接时前,后丝对焊缝成形有着不 同的影响,如图2所示,焊接时前丝与焊件垂直且使 用较大的电流和较低的电压,形成较大的熔深(s);后 16焊接第27卷 丝与前丝成一定夹角,保持相对较小的电流和略高的 电弧电压,从而达到提高焊缝熔宽(C)的目的.因此 焊接时应根据两根焊丝的不同作用选择合适的参数. 可丝彤戚丝彤厩 ---/ 罗Jl奶『 t 图2前后丝对双丝GMAW焊缝成形的影响 F_叼.2Influenceoffrontandroarwiretoapp?ranceofwold 2试验材料及方法 试验材料是2519T一87高强铝合金,采用平板 对接方式,每块试板的尺寸为500ITllnX120ITllnX20 ITlln,试件板边开对称双u形坡口,坡口角度为7O., 具体形状参数如图3所示.在焊第一道焊缝时为避 免焊穿,焊缝背面使用与坡口形状一致的紫铜垫板. 焊接时选用美国产ER2319铝合金焊丝,焊接前应 对坡口和焊丝进行清理,去除沾附的杂质和油污. 根据焊接层数和电流的不同,共进行了三种工 艺试验,分别命名为大电流两道焊(DL),小电流四 道焊(XS)和大电流四道焊(DS).首先介绍DL和 XS工艺试验,表1,表2分别是DL,XS工艺试验的 焊接工艺参数. DL焊接时,正反各焊一道,焊接背面焊道时先 进行清根,并适当增加焊接电流而降低电压,这样可 以进一步增大反面熔深,减少根部可能出现的缺陷. XS焊接顺序为先焊正面第一道,反面清根后焊第一 道,再焊反面第二道,最后焊正面第二道,这样有利 于减少焊接变形. 表1DL焊接工艺参数 Table1DLweldingconditions 图3试板坡口形式(mm) Fig.3Grooveofwoldm64~t 表2X8焊接工艺参数 , Table2X8weldingconditions 焊接顺序送丝速度 . 脉冲频率 l/(m?min),lz 脉冲电压 U 脉冲时间 t/ms 基值电流焊接速度 IIAvl(1lLrn?afinI1) 正面第一道 反面第一道 反面第二道 正面第二道 333D鲫 ???????? }ill 22222222 50508585 瑚瑚瑚瑚瑚瑚瑚瑚 80806O6O 77777777 第l0期范成磊,等:2519高强铝合金双丝GNAW焊接工艺17 3DL及XS工艺试验结果及分析 图4,图5分别是DL和XS焊缝表面成形情况, 从图可以看出两种工艺条件下焊缝成形都非常良 好,但xs焊缝表面更加细腻一些从图6焊缝横截 面图可知,DL焊缝表面余高很小,甚至有些地方略 有凹陷,这样的接头不能够适应对焊缝强度要求较 高的装甲车炮塔结构件,从图7可以看出XS焊缝表 面要比DL焊缝饱满. 由焊接接头拉伸试验结果(表3)可以看出,DL 和XS焊接接头抗拉强度和伸长率与母材相比都显 着降低,其中XS接头抗拉强度仅为279.2MPa+DL 接头的抗拉强度比XS接头高出i0.】MPa.但仍不 足母材的6o%(59.6%)对两种接头进行X射线 探伤发现,XS焊缝区存在相对较多的气孔.这是由 于)(s焊接时每一道热输入量较小,焊接速度较快, 熔池存在时间短,焊缝结晶时形成的气孔不能充分 溢出熔池表面所致.正是这些气孔的存在使得接头 的有效承载面积降低,导致抗拉强度和伸长率同时 降低 图413t.焊缝表面成形 F_咱.4Surface.fDLv,~ldrnont 图5XS焊缝表面成形 Fig5SudaceofXSweldrrm~ 图6DL焊缝截面图 F.叼.6Cm,sssectionof131_weldment 图7XS焊缝截面图 Fig7Crosss~dJOrlofXSweldment 从表4冲击试验结果可以看出,DL焊缝金属的 冲击韧度与母材相比显着降低,不足母材的54%. 而XS焊缝冲击韧度值为16.91J/c,比DL焊缝高 372%分析原因认为是xs焊时每一道所采用的 热输入量比较低,熔敷金属高温停留时间短,冷却速 度更快,焊缝晶粒相对较小,从而导致其冲击韧度值 较高 表3OI.和xS焊接接头拉伸试验结果 Tal:~3TensiletestresultsolDEand×s~kledjoint 表4DL和xS焊接接头冲击试验结果 TaNg4lmDacltestresults0fDLand×S~ldedjoint 4DS焊接工艺优化及试验结果 通过对上述DL,XS两种工艺下焊接接头的对 比分析表明,采用较大的焊接电流有利于增加焊缝 熔深,增强对液态金属的搅拌,降低气L和缩孔的数 量,提高接头的抗拉强度;而采用多道焊时,由于每 一 道所使用的热输入量较小,焊缝冲击韧度较高且 焊缝表面填充比较饱满.综合以上两种工艺的优 点,提出一种优化的大电流四道焊(DS)的焊接工 艺,其规范参数如表5所示.Ds焊接顺序与)(S相 同.但焊接电流和焊接速度要高得多.表6为Ds焊 l8焊接第27卷 接接头拉伸性能数据,由此可以看出Ds焊接接头 抗拉强度比DL和xs都高,平均值为296.4MPa,达 到母材的61.2%,从表6还可以看出,Ds工艺下焊 接接头的抗拉强度数据非常稳定.这是由于Ds焊 接不仅焊缝根部熔合充分,而且气L率非常低加之 高的冷却速度下焊缝区晶粒细小均匀 图8所示为DL,xs和I)s三种焊接接头冲击韧 度的对比,可见Ds焊接接头的冲击韧度平均值为 l3.25Jtc,比DL焊接接头有所提高,达母材的 41.7%,但仍低于xs接头 表5OS焊接工艺参数 Table5DSweId|ngconditions 表6DS焊接接头拉伸试验数据 Table6TensiletestresultsofDSweIded 兰 制 霭 量 ABCD 图8DI.和XS及DS三种接头冲击韧度对比 F,08Impacttoughnessof131..XSandDSweldedjoint 52519铝合金焊缝区组织及硬度分析 2519铝合金熔池在冷却过程中富Al的a相先 从液相中结晶出来,cu原子大多被排挤到剩余的液 相当中:当温度的降低达到共晶线附近时,剩余的 液相由于cu的含量越来越多,达到共晶成分时,开 始析出共晶组织(0相)幽9为DS焊缝区组织,图 中A,B两位置处经能谱分析发现,A处cu的质量 分数为24.57%,大致与共晶组织成分相当;B处cu 的质量分数为6.68%.与n相的成分比较接近. 图l0为大电流四道焊规范下焊接接头显微硬 度分布,从图中可以看出在整个焊接接头中焊缝区 的硬度最低.整个焊缝区硬度差别不大.靠近熔合 线的热影响区硬度明艟升高.这是热影响区靠近焊 缝的部分金属在高温状态下从母材中析出的日相的 过渡相重新固溶到相当中,而在随后冷却过程中 重新弥散析出的结果.这种重新固溶析出的效果随 着与焊缝距离的增加而减弱,因此靠近母材的热影 响区表现为过时效状态’,使得这里发生软化,硬 度略有降低. 图9DS焊缝区组织 F,0,9Met~0raohestructureofDSweldbead [下转第22页】 焊接第27卷 性变形不易进行,对改变所导致的损伤程度的变 化有所削弱;相应地,母材屈服强度的降低将增加这 种变化趋势. 4结论 (1)母材的断裂应变对焊接接头的J积分有明 显的影响.随着母材区断裂应变的减小,焊缝裂纹 尖端韧带区的塑性应变及J积分断裂参量均有明显 的提高.表明母材的损伤程度增加会导致焊接接头 裂纹扩展驱动力的增加. (2)随着接头强度匹配比M的降低(或母材屈 服强度的升高),母材区断裂应变对焊缝区塑性应变 及J积分断裂参量的影响作用减小.这是由于应变 向焊缝区集中的原因. 参考文献: [2]M,ShiYW,ZhangXP.Influenceofst,~othmis—matchingOil crackdrivingforceandfailureassessmentcurveofweldment[J].Inter— nationalJournalofPressureVesselsandPiping.1997,70(1):33— 41. [3]TangW,ShiYW.Influenceofstrengthmatchingandcrackdepthon fracturet?messofweldedjoints[J].EngineeringFractureMechan— 659. ics,1995,51(4):649— [4]KachanovLM.Rupturetimeundercreepconditious[J],Intemational JournalofFracture,1999,97(1/4):11—18. [5]LemaitreJ.Acontinuousdamagemechanicsmodelforductilefracture [J].JournalofEngineeringMaterialsandTechnology,1985,107 (1):83—89. 【6]ChabocheJL.Contiuumdamagemechanics:partI—generalconcepts [J].JournalofAppliedMechanics,1988,55(1):59—64. [7]HvalM,~lalllowC,L丑噼JH,da/.Numericalmodelingofductile fracturebehaviorinaluminumweldments[J].WeldingJournal,1998, 77(5):208s一217s. 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