焊接方法对AA2219铝合金接头性能的影响

2007年8月第2卷　第3期失效分析与预防August,2007Vol .2,No .3[收稿日期]　2006年12月14日 [修订日期]　2007年3月10日[基金项目]　江西省科技厅工业发展项目(BC200201014)[作者简介]　周曙君(1981年-),男,硕士研究生,主要从事材料加工方面的研究。

2219铝合金搅拌摩擦焊焊接接头的疲劳性能周曙君1,邢　丽1,柯黎明1,杨学勤2,李成刚2(1.南昌航空工业学院材料学院,南昌　330063;2.上海航天局805研究所,上海　201108)[摘　要]　通过疲劳寿命试验、断口和金相组织观察,研究了2219铝合金搅拌摩擦焊接头的疲劳断裂特征,分析讨论了搅拌摩擦焊焊接过程中产生的焊缝根部“吻接”缺陷对其疲劳性能的影响。

结果表明,焊缝根部“吻接”缺陷是影响搅拌摩擦焊接头疲劳行为的主要因素。

无“吻接”缺陷试样断裂于焊缝前进边侧,疲劳裂纹起源于焊缝底部,接头具有较高疲劳寿命;有“吻接”缺陷试样断裂于焊核中心,疲劳裂纹起源于“吻接”处,接头疲劳寿命较短。

[关键词]　铝合金;搅拌摩擦焊;疲劳;“吻接”缺陷[中图分类号]　T U973+254 [文献标识码]　A [文章编号]　167326214(2007)0320020205Fa ti gue Properti es for 2219A lu m i n u m A lloy Fr i cti on Sti r W eldsZHOU Shu 2jun 1,X I N G L i 1,KE L i 2m ing 1,Y ANG Xue 2qin 2,L I Cheng 2gang2(1.N anchang Institute of A eronautical Technology,N anchang 330034,China;2.805Research Institutes of Shanghai Space A gency,Shanghai 201108,China )Abstract:Thr ough the fatigue test,m icr ostructure and characteristics analysis,the fatigue fracture characteristic of the fricti on stir welded j oint of the 2219alu m inu m all oy was studied,and the effect of the r oot fla w “kissing -bonds ”defect on the fatigue p r operties was discussed .The results show that the r oot fla w “kissing -bonds ”defect is maj or fact or of affecting fricti on stir welding fatigue behavi or .The sa mp le without “kissing -bonds ”defect in the advanced side fractured at the bott om weld and had l ong fatigue life .The sa mp le with “kissing -bonds ”defect fractured in the center of the weld,and the fatigue crack started at the “kissing -bonds ”defect .The s pacing of the fatigue striati on reflected the fatigue life .Key words:alu m inu m all oy;fricti on stir welds;fatigue;“kissing -bonds ”defect1　引言2219铝合金具有比强度高,低温和高温力学性能好,断裂韧度高,抗应力腐蚀性能好等特点,在航天和航空得到广泛的应用。

2219铝合金具有比强度高,低温和高温力学性能好,断裂韧度高,抗应力腐蚀性能好等特点,在航天和航空得到广泛的应用。

国外曾采用钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊等方法焊接2219铝合金,但接头强度仅达到母材的50% ~60%,且焊接接头气孔倾向性较大。

利用搅拌摩擦焊(Friction stirwelding,简称FSW)技术可以更好地保持基体材料的力学性能,焊接变形小,残余应力低,并且能够消除熔焊时产生的焊接缺陷,使得后接头焊缝区没有气孔和裂纹,接头强度可达到母材的90%。

由于FSW是固相连接,热输入量低,和传统的熔焊相比,其接头力学性能优异,具有优质、高效、低耗、焊接变形小等特点[。

FSW已成功应用于铝、镁、铜、不锈钢、低碳钢和铝基复合材料的焊接。

搅拌摩擦加工技术(Friction Stir Processing，简称FSP) 是在搅拌摩擦焊 (Friction Stir Welding ，简称FSW) 的基础上发展而来的。

FSW 是 Thomas 等人于1991 年开发的专利技术，是针对焊接性差的铝合金开发的一种新型固相焊接工艺。

2001 年，美国密苏里大学的 Mishra 博士基于 FSW 原理，提出一种用于材料微观组织改性和制造的方法，称为搅拌摩擦加工。

其基本思想是，利用搅拌头所造成加工区材料的剧烈塑性变形、混合、破碎和热暴露，实现微观结构的致密化、均匀化和细化。

采用该技术制备晶粒尺寸为纳米级的细晶铝合金，其强度和塑性都得到很大提高。

从原理上讲，FSW 也是 FSP 的一类。

但从发展时间来说，FSW 概念的提出远远早于 FSP，故未将 FSW 归入 FSP。

目前，FSP 已在金属微观组织细化、超塑性材料制备、表面复合材料以及纳米相增强金属基复合材料等方面取得了应用。

本工作主要对搅拌摩擦加工工艺、加工对性能的影响及其在制备复合材料及合金等方面的研究做了比较详尽的综述，并指出搅拌摩擦加工研究进程中存在的主要问题、发展前景及今后的研究方向。

焊接工艺对铝合金焊接性能的影响发布时间：2021-12-09T10:19:54.263Z 来源：《电力设备》2021年第9期作者：李治[导读] 能实现半自动和全自动焊接，并且焊缝熔深大，强度高，工艺适应性宽等诸多优点，在工业上得到了广泛应用。

（山东电力建设第三工程有限公司山东省青岛市崂山区 266100）摘要：随着社会经济的发展，各地区建设工程逐渐增多，铝合金是建设工程的重要原材料之一，在实际工作期间，铝合金焊接头软化问题给工作人员带来了很大困扰，也是铝合金焊接结构发展的难题，在业内该问题已经引起了热议。

通过实践调查与相关资料分析可以了解到，一般铝合金具有强度高、密度小、耐腐蚀性强、无磁性等特点，目前，在各种焊接结构中，铝合金材料得以广泛利用，并且受到了相关单位与工作人员的青睐。

但是，现阶段铝合金焊接头软化问题较为严重，对于其运用于相关行业发展造成了阻碍性影响，本文将对铝合金焊接头软化问题及改善措施进行具体分析，希望能够提高铝合金在各项工程中的应用质量和效率。

关键词：焊接工艺；铝合金焊接性能；影响引言铝合金以其耐腐蚀性好、密度低、价格优等特点在航空航天、交通运载工具、石油化工等领域得到广泛应用。

随着铝合金应用的广泛发展，铝合金焊接性能越来越重要。

因此，提高铝合金的焊接性能成为铝合金发展的重点。

铝合金焊接材料是铝合金钎焊和熔化焊所必需的填充材料，是决定焊接技术和焊接质量的重要因素之一。

现今，越来越多铝合金焊接采用熔化极惰性气体保护焊（MIG焊），由于其焊接效率高，能实现半自动和全自动焊接，并且焊缝熔深大，强度高，工艺适应性宽等诸多优点，在工业上得到了广泛应用。

1铝合金焊接接头软化因素分析铝合金焊接后，接头软化问题较为常见，在不同焊接工艺及焊接热输入现象下，接头软化程度也不尽相同，但是，热处理强化铝合金焊接接头软化问题极为严重，不利于后续工作的顺利实施。

在退火情况下，非热处理强化铝合金焊接过程中，母材与接头强度方面基本相同，在冷作硬化情况下焊接，母材强度则大于接头强度。

焊接工艺对铝合金焊接性能的影响摘要：镁铝合金在焊接工艺应用时由于金属膨胀系数较大，所以铝合金焊接工艺操作进行时一般很难有效观察清晰其焊接熔池。

因此，一旦焊接间隙过大，很可能促成其焊接熔池下榻；而如果间隙太小又会造成焊接缺陷的出现。

基于此，文章主要提出了铝合金焊接工艺相对普遍的钨极氩弧焊方法，并与之提出了该工艺下焊接对铝合金的主要性能影响，以供参考。

关键词：焊接工艺；焊接性能；铝合金；焊接材料目前仅从理论结合我国的工程实际开展的铝合金焊接的应用及工艺理论研究以及与之比较我国大量开展的各类铝合金产品焊接新技术工艺文献来源及研究方向可知,当前在国内能够采用相对成熟方法的各种先进铝合金材料及其焊接的应用技术工艺中的主要应用领域和主要方法还相对局限较多,原则上这些一般的工艺技术都至少应保证能够完全有效的满足国内与国外的各种先进铝合金产品及其焊接工艺使用需求。

比如从我国工业最初时就被普遍使用的采用乙炔的氧气乙炔焊接法,再进一步引申应用到在我国工业后来开始比较普遍应用的电栓钎焊、点碳焊法等多种电阻钎焊工艺方式,包括搅拌式和摩擦式钎焊、电子钎焊法焊接等多种新型工艺的焊接法。

1.焊接方法的选择考虑到目前国内及当前我国在生产焊接铝合金等多种贵重稀有色金属材料方面所可能要广泛采用涉及到焊接的几种最为普遍采用的焊接技术工艺方法以及所存在着焊接的其中几个较为普遍的焊缝缺陷,比如裂纹、气孔、未熔合等缺陷,所以根据以上原因,主要推荐大家使用的一种焊接技术方法是钨极氩弧焊工艺焊接法。

该等离子电极焊接的等离子工艺技术的主要应用领域范围较为广泛,主要焊接工艺原理上也是通过等离子氩气焊起到隔绝焊接中空气的效果,由于该等离子工艺其焊接电极的本身几乎就不能焊接融入金属于工件基体金属,具有了几乎是不能通过焊接而产生分离出任何其他的有机元素化合物而来焊接的优良技术特性,所以该等离子工艺技术其等离子电弧的有效清除及对被焊接的金属工件表面中残留的有机金属氧化膜效果上亦相对较为之优越与可靠,能够同时可以对一些表面易于发生高温或氧化而破坏的薄铝合金表面直接予以快速成功稳定地进行焊接,具有一种相当成熟良好稳定的焊接成形电弧稳定性,甚至是可实现在极薄较为微小的短路电流条件下焊接电弧仍能稳定的维持在燃烧状态的良好状态,对其他诸如超薄合金板件表面的快速焊接与成形等效果则都已较为成熟理想。

第37卷第1期南京理工大学学报V ol37N o l ：：兰!!!童!旦：一：：：』!兰竺兰些些堂!!!堡!!篁竺!!堡竺!呈!里竺竺兰坠—：：：：—：—：—坠生兰圣!!!兰2219铝合金焊缝组织及其对力学性能的影响薛彩军，许江波，梁珩，张俊苗，林鸿志(南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，江苏南京210016)摘要：针对厚度为4m m的2219一R7铝合金进行惰性气体钨极保护焊(T ungst e n i ner t gas a r c w el di ng，r兀G A w)试验研究，分析焊缝的组织结构及力学性能。

拉伸试验结果显示，接头试样平均屈服强度为母材的49．3％，乎均抗拉强度为母材的67．8％，断后伸长率为母材的18．5％。

测试了焊接试样各区域的显微硬度，测试结果表明焊缝区域硬度高于其他部位，其中熔合线和热影响区之间的显微硬度最低，同时焊接试样的整体区域硬度均比母材低。

对焊接试样进行腐蚀试验。

发现接头焊缝区抗腐蚀能力明显强于母材。

要提高2219铝合金焊接性能，需改进焊接工艺，减少熔合区以及热影响区的粗大晶粒的形成，解决C uA l2相的偏析等问题。

关键词：2219铝合金；焊接接头；微观组织；力学性能；惰性气体钨极保护焊中图分类号：TG047文章编号：1005—9830(2013)0卜0145—05M i cr ost r uct ure and eI I bct s of m e cha l l i cal pr oper t i e s of2219al呱l i删呱al I oy w el ded j oi ntX ue C ai j un，X u J i an曲o，L i ang H eng，Z ha ng J unm i ao，Li n H ongzhi(St at e K e y L出or at or y of M ec hani c s and C ont r ol of M e c hani cal St m ct ur es，N anj i ng U ni ver s i t yof A er onaut i cs and A st r onaut i cs，N anj i ng2100l6，C hi na)A bst r act：M i c r os t m c t ur e and m echani s m pr opert i es0f2219—1湛7al um i num a110y11G w eI d i Di nt w i t h10m m t hi cknes s ar e st udi e d．T he t es t r es ul t s s how t ha t t he av er ag e yi el d s t r en gt h of t he w el d s ea m is49．3％，t he t ens i l e st r eIl酗i s67．8％and t he el ongat i on盛er t he＆aet ur e i s65．4％of t he bas e m et al．T ens i l e f hct ur es a r e obs eⅣed f南m t he m i c r ogr am s．M i c r0．ha r dness i s t he h设hes t i n t he w e l dzo ne and￡he l ow es￡on t he f hsi on l i ne a nd i n t he heat i nf l u eneed zone．T he ha r dnes s of t he w hol e pl at e i s l ow er t han t ha t of t he ba se m e t al af t er w el di ng．T he coI T o s i on t e st s how s t ha t t he con-o s i on of t he w e l d zon e i s bet t er t ha n t hat of t he ba se m et aL T he r esea r ch r evul t s s how t hat t he D er{．oH nance of 2219al um i num al l oy w e l di ng ca n be i m pm V e d by m el i or at i n g t he w e I di ngpI．oce ss w hi ch ca n 收稿日期：2012～06—20修回日期：2012一09一15基金项目：江苏省自然科学基金(BK2012795)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(N02012081)：江苏高校优势学科建设工程资助项目作者简介：薛彩军(1973一)，男，博士，副教授，主要研究方向：飞行器结构强度，E—m ai l：cj xue@nuaa．edu．cn。

前沿技术L eading-edge technology 焊后处理工艺对铝合金焊接接头拉伸性能影响郭振付，刘校桦（威海新北洋数码科技有限公司，山东　威海　２６４２００）摘 要：铝合金特性显著，具有非常显著的耐蚀性，非常小的密度小，非常好的导热和导电性能等，所以在使用的过程中具备属于自己的独特优势，并且在工业领域当中得到了非常广泛的使用。

现阶段，我国钢铁的产量排行第一，而排在第二的则是铝合金的产量。

铝合金焊接接头拉伸性能对于选择的是哪一种焊后处理工艺有着非常严格的标准，因为焊后处理工艺的选择会直接影响到接接头拉伸性能的高低。

对于焊接结构来说，铝合金的拉伸性会直接影响到铝合金疲劳，甚至影响到其使用寿命。

所以，本次研究对焊后处理工艺做出了详细的分析，主要的目的就是促使铝合金焊接接头拉伸的性能得到最大程度的改善。

关键词：焊后处理工艺；铝合金焊接接头；拉伸性能；影响分析中图分类号：ＴＧ４５７．１４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１９）１７－０１７３－２Effect of Post-weld Processing on Tensile Properties of Aluminum Alloy Welded JointsGUO Zhen-fu, LIU Xiao-hua（Ｗｅｉｈａｉ　Ｎｅｗ　Ｂｅｉｙａｎｇ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．，　Ｌｔｄ．，Ｗｅｉｈａｉ　２６４２００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｈａｓ　ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，　ｖｅｒｙ　ｓｍａｌｌ　ｄｅｎｓｉｔｙ，　ｖｅｒｙ　ｇｏｏｄ　ｔｈｅｒｍａｌ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，　ｓｏ　ｉｔ　ｈａｓ　ｉｔｓ　ｏｗｎ　ｕｎｉｑｕｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ，　ａｎｄ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｆｉｅｌｄ．　Ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ，　ｔｈｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｏｆ　ｉｒｏｎ　ａｎｄ　ｓｔｅｅｌ　ｒａｎｋｓ　ｆｉｒｓｔ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ，　ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｒａｎｋｓ　ｓｅｃｏｎｄ．　Ｔｈｅ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｗｅｌｄｅｄ　ｊｏｉｎｔｓ　ｈａｖｅ　ｖｅｒｙ　ｓｔｒｉｃｔ　ｃｒｉｔｅｒｉａ　ｆｏｒ　ｗｈｉｃｈ　ｐｏｓｔ－ｗｅｌｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｔｏ　ｃｈｏｏｓｅ，　ｂｅｃａｕｓｅ　ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｓｔ－ｗｅｌｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗｉｌｌ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ａｆｆｅｃｔ　ｔｈｅ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｊｏｉｎｔｓ．　Ｆｏｒ　ｗｅｌｄｅｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，　ｔｈｅ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　ａｌｌｏｙｓ　ｗｉｌｌ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ａｆｆｅｃｔ　ｔｈｅ　ｆａｔｉｇｕｅ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　ａｌｌｏｙｓ，　ａｎｄ　ｅｖｅｎ　ａｆｆｅｃｔ　ｔｈｅｉｒ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｌｉｆｅ．　Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，　ｔｈｉｓ　ｓｔｕｄｙ　ｈａｓ　ｍａｄｅ　ａ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｓｔ－ｗｅｌｄｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｐｕｒｐｏｓｅ　ｉｓ　ｔｏ　ｐｒｏｍｏｔｅ　ｔｈｅ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｗｅｌｄｅｄ　ｊｏｉｎｔｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｇｒｅａｔｅｓｔ　ｅｘｔｅｎｔ．Keywords: ｐｏｓｔ－ｗｅｌｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；　ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｗｅｌｄｅｄ　ｊｏｉｎｔｓ；　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；　ｉｍｐａｃｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ激光冲击处理工艺方法、固溶~时效处理工艺方法对于铝合金焊接的焊后处理工艺来说，是主要的两种方法，激光冲击处理工艺方法、固溶~时效处理工艺方法都会直接影响到铝合金的焊接接头的拉伸性能[1,2]。

2219铝合金熔化焊焊缝中的偏析及其对力学性能的影响李权;吴爱萍;李艳军;王国庆;齐铂金;鄢东洋;熊林玉【期刊名称】《中国有色金属学报（英文版）》【年(卷),期】2017(027)002【摘要】使用具有氩屏蔽的低频脉冲电流可变极性钨（LPVPTIG）进行三种焊缝，具有氩屏蔽，直流TIG（DCTIG），分别具有氦屏蔽和高频脉冲电流可变极性TIG （HPVPTIG），具有氩屏蔽。

发现由于脉冲变化的热输入的波动，在LPVPTIG焊接中形成大量厚的连续共肠和微孔的宏观聚糖带。

在DCTIG焊缝和HPVPTIG焊缝中仅存在微次次测量。

然而，由于其焊接速度较慢，HPVPTIG焊缝具有较低的Cu微量测量程度。

拉伸结果表明，随着Cu和孔隙孔的分离程度的增加，焊缝的机械性能降低，并且LPVPTIG焊缝在纵向方向上具有比横向引起的横向引起的较低的拉伸性能。

％IVING氩气保护的低频脉冲变极性氩弧焊（lpvptig），氦气保护的直流氩弧焊（dctig）和氩气保护的高频脉冲变极性（hpvptig）等等方法获得了3种不断的焊缝。

结果结果明：由于热输入的运动，lpvptig焊缝在宏观，带内聚集了粗大的和显微气孔; dctg和hpvptig焊缝仅现处于微观微观，但由于焊接速度较慢，hpvptig焊缝cu元素微观偏析微观偏析偏析偏析偏析偏析低于dctg 焊缝。

力学性能测试结果明：焊缝的力学性能随着cu元素和气孔偏析程随着的加入而降低，lpvptig焊缝由于ー存ー降低，l纵向拉拉力学学位性能低于拉拉力学【总页数】14页(P258-271)【作者】李权;吴爱萍;李艳军;王国庆;齐铂金;鄢东洋;熊林玉【作者单位】清华大学机械工程系,北京 100084;首都航天机械公司,北京 100076;清华大学机械工程系,北京 100084;清华大学摩擦学国家重点实验室,北京 100084;清华大学先进成形制造教育部重点实验室,北京 100084;清华大学机械工程系,北京100084;中国运载火箭技术研究院,北京 100076;北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京 100191;北京宇航系统工程研究所,北京 100076;首都航天机械公司,北京 100076【正文语种】中文因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

焊接工艺对铝合金焊接性能的影响发表时间：2019-08-26T13:25:49.507Z 来源：《建筑细部》2018年第28期作者：王钰[导读] 随着工业技术的高速发展，对汽车、飞机的性能要求越来越高，对其产品所使用的材料及性能提出了更高的要求。

同时降低能源消耗、减少环境污染、节约地球有限资源成为产品设计师面临的十分重要与紧迫的任务，在这一背景下，具有优良物理、化学特性的铝及铝合金受到了越来越多的关注。

王钰身份证号码：13070219770127xxxx摘要：随着工业技术的高速发展，对汽车、飞机的性能要求越来越高，对其产品所使用的材料及性能提出了更高的要求。

同时降低能源消耗、减少环境污染、节约地球有限资源成为产品设计师面临的十分重要与紧迫的任务，在这一背景下，具有优良物理、化学特性的铝及铝合金受到了越来越多的关注。

关键词：焊接工艺；铝合金焊接铝合金及其加工材料具有一系列优良特性，诸如密度小、比强度和比刚度高、弹性好、抗冲击性能良好、耐腐蚀、耐磨、高导电、高导热、易进行表面处理、良好的加工成型性以及高回收再生性等。

铝在地球中的储量极其丰富，仅在氧和硅之后蕴藏量居第三位。

因此，在工程领域内，铝一直被认为是“机会金属”、“希望金属”，铝工业则一直被认为是“朝阳工业”。

近40年来，由于焊接技术的进步，高效率和高性能的焊接方法得到了推广，铝及铝合金在车辆、船舶、建筑、桥梁、化工机械、低温工程和宇航工业等各种结构方面的应用在不断扩大。

随着铝合金的生产技术的完善成熟和生产成本的不断降低，铝合金在各个领域的广泛应用推动了铝合金产业的发展，铝合金正在成为代替钢材作为结构材料的理想材料，也是当今所需要的节能、环保绿色材料。

该系合金虽是非热处理气强化的材料，但因它们不易产生热裂纹而作为可热处理强化合金的重要填加材料使用。

此时，根据基体金属的具体情况，将与基体金属的合金成分组成新的合金，往往可使焊缝金属具有可热处理强化合金的特性。

第32卷第9期2011年9月焊接学报TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTIONVol．32No．9September 2011收稿日期：2010－03－28基金项目：国防基础科研资助项目（K0300020402）2219铝合金复合热源焊接工艺及接头性能冉国伟，宋永伦，闫思博，林江波（北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京100124）摘要：采用填丝TIG 焊、激光辅助TIG 复合焊、激光－高频脉冲TIG 复合焊三种焊接工艺进行6mm 厚的2219铝合金焊接试验，研究了焊接工艺与接头组织和性能的相关性．结果表明，与填丝TIG 焊接工艺相比，激光辅助TIG 复合焊、激光－高频脉冲TIG 复合焊两种复合热源焊接工艺提高了焊接速度，显著减少了热输入，细化了焊缝组织，减少了晶界共晶组织的宽度，尤其能有效消除焊缝熔合区的气孔缺陷，并且显著改善和提高了焊接接头的力学性能和抗应力腐蚀性能．激光－高频脉冲TIG 复合焊接头SCC 断裂时间明显提高，达到了母材的93%．关键词：铝合金；复合焊接；接头性能中图分类号：TG444文献标识码：A文章编号：0253－360X （2011）09－0025－05冉国伟0序言Al-Cu 合金具有比重小、比强度高、比刚度高、易于加工、良好的物理和化学性能等优点［1］，在航空航天工业中得到普遍应用．对于Al-Cu 合金材料，目前焊接工艺主要采用填丝变极性TIG 氩弧焊，在焊接生产中易产生气孔、裂纹等缺陷，接头强度和焊接效率也较低．为此需要探索新的焊接工艺，尽量减少焊缝的冶金缺陷，改善和提高Al-Cu 合金焊接接头的综合性能．根据热源主导地位的不同，激光电弧复合热源焊接可以分为两类：一类为电弧辅助激光焊，即通常意义上的激光－电弧复合焊接方式，与激光焊相比可以减少气孔、裂纹、咬边等缺陷，改善焊缝和热影响区的组织性能和应力状态［2］．另一类为激光辅助电弧焊，一般采用不足以形成深熔“小孔”的小功率激光辅助电弧进行焊接，与电弧焊相比，激光的加入有利于电弧能量的集中和提高焊接过程的稳定性，在焊接速度较高时能避免电弧飘移从而使焊缝质量的一致性提高［3，4］．近年来，对铝合金变极性TIG 焊接过程中叠加高频脉冲电流焊接工艺的研究表明，高频脉冲电流（≥10kHz ）对铝合金组织具有显著的细化作用，有助于改善和提高铝合金焊接接头的组织和性能［5］．前期Al-Cu 合金的TIG 电弧辅助激光复合焊接工艺试验表明：与填丝TIG 焊相比，TIG 电弧辅助激光复合焊可以显著提高焊接速度，减少热输入，细化焊缝组织，减少晶界共晶组织宽度，减小熔合区和热影响区的宽度，但由于温度梯度大，熔池冷却时间快，焊缝区晶粒与方位不均匀，焊接接头中易出现微气孔，致使焊接接头的断后伸长率和抗应力腐蚀性能均偏低．基于以上背景，采用填丝TIG 焊、激光辅助TIG 电弧复合焊、激光－高频脉冲TIG 复合焊三种焊接工艺，对6mm 厚2219铝合金进行了对接焊试验，通过对接头力学性能、抗应力腐蚀性能及金相组织的测试分析，探讨了2219铝合金焊接接头组织、性能与焊接工艺之间的相关性．1试验方法复合热源焊接系统如图1所示，激光辅助TIG复合焊接系统采用北京工业大学激光院研制的1000W 半导体激光器和EWM 的TETRIX521型TIG 焊机搭建焊接试验平台，试验中激光的离焦量为0mm ，激光束与水平面夹角75ʎ，钨极距离工件4mm ，距离激光束4mm ，焊枪与水平面夹角70ʎ．在激光－高频脉冲TIG 复合焊接试验时，采用了专门用于复合脉冲电流的焊接电源与EWM 变极性电源进行并联，脉冲焊接电源的脉冲幅值为50A 、脉冲频率为20kHz．试验所用的Al-Cu 合金为2219铝合金，焊接试件的尺寸为150mm ˑ150mm ，厚度为6mm ，采用Y 形坡口，留钝边≤3mm．焊接工艺为单面单层焊，焊26焊接学报第32卷图1复合热源焊接示意图Fig.1Schematic diagram of hybrid welding 缝填充焊丝选用的是 1．6mm的ER2319焊丝．焊前对焊接试件和焊丝先用丙酮擦拭去除表面油污，然后用钢丝刷清理表面去除氧化膜．钨极采用铈钨极，直径为4．8mm．保护气体为高纯氩，流量为15L/min．经过工艺参数优化后，激光辅助TIG复合焊采用激光－特殊交流（脉冲峰值阶段为直流，脉冲基值阶段为方波交流）TIG电弧进行焊接．激光－高频脉冲TIG复合焊试验采用500W激光与特殊交流TIG电弧复合后对试件进行焊接，焊接过程中在直流正接（DCEN）期间进行高频脉冲电流的复合，在直流反接（EP）期间未进行复合．表1为填丝TIG、激光辅助TIG复合焊、激光－高频脉冲TIG复合焊工艺参数．表1焊接工艺参数Table1Welding parameters焊接工艺焊接速度v/（m·min－1）激光功率P/W脉冲峰值电流I P/A基值EN段电流I EN/A基值EP段电流I EP/A高频脉冲电流I H/A工艺10．15—350240240—工艺20．3500410275275—工艺30．350040526526550注：工艺1为填丝TIG焊，工艺2为激光辅助TIG焊，工艺3为激光－高频脉冲TIG焊．填丝TIG焊接时由于Y形坡口的原因，且TIG 电弧能量较分散，为避免TIG电弧左右摇摆导致的焊缝成形不连续，填丝TIG焊选择了较低的焊接速度．当采用500W激光辅助TIG复合焊和激光－高频脉冲TIG复合焊时，由于激光的加入，TIG电弧的稳定性大大增强，所以激光辅助TIG复合焊和激光－高频脉冲TIG复合焊选用了较高的焊接速度．焊后采用OLYMPUS激光共聚焦扫描显微镜观察并分析焊缝组织，利用TH-8110S伺服式电子万能试验机测试焊接接头的力学性能．应力腐蚀性能试验采用慢应变速率的试验方法，慢应变速率设置为10－4mm/s．2试验结果2．1接头特征分析2219铝合金三种焊接工艺的焊缝截面形貌如图2所示，填丝TIG焊的热输入为1．6kJ/mm，焊缝正面熔宽为16．1mm，背面熔宽为9．5mm．激光辅助TIG复合焊的热输入为1．1kJ/mm，焊缝正面熔宽为13．5mm，背面熔宽为7．2mm．激光－高频脉冲TIG复合焊的热输入为0．9kJ/mm，焊缝正面熔宽为12．0mm，背面熔宽为5．5mm．图2三种焊接工艺的焊缝截面形貌Fig.2Cross-section shape of weld by three welding processes不同焊接工艺的焊缝中心区微观组织见图3，可见焊缝中心区晶体形态均为等轴晶，焊缝组织以α（Al）固溶体为基体，在基体内分布着许多颗粒较小的θ（CuAl2）相，起到强化基体的作用．在基体晶界和枝晶间分布着大量的α（Al）+θ（CuAl2）共晶相，共晶相呈网络状连续分布．三种焊接工艺中，填丝TIG焊缝中心区组织晶粒最为粗大，晶界共晶相的宽度最大，晶内溶质元素含量相对较少．激光辅助TIG复合焊和激光－高频脉冲TIG复合焊的焊缝中心区组织晶粒均比填丝TIG焊晶粒细小，而且晶界共晶相的宽度明显减少，晶内溶质元素含量明显变大．这主要是不同焊接工艺的速度和热输入量不同造成的．在焊接过程中，溶质元素的含量是随着过冷度的增加而提高的．激第9期冉国伟，等：2219铝合金复合热源焊接工艺及接头性能27图3焊缝中心区和熔合区微观组织形貌Fig.3Microstructure of weld zone and fusion zone光辅助TIG复合焊和激光－高频脉冲TIG复合焊焊接速度快，焊接热输入少，熔池金属高温停留时间较短，冷却速度大，枝晶前沿的过冷度大，液态物质中的溶质元素含量较高，因此与填丝TIG焊相比基体中的溶质元素含量较高，晶界中的共晶相宽度较低．在2219铝合金的焊接过程中，最常见的焊接缺陷就是气孔，由图3的焊缝熔合区微观组织可以看出熔合区内的组织形态是不均匀的，填丝TIG焊和激光辅助TIG复合焊两种工艺熔合区微观组织为柱状树枝晶和胞状树枝晶，激光－高频脉冲TIG复合焊接熔合区存在一条明显的细小等轴晶带，晶体形态与焊缝中心的晶体形态相类似．填丝TIG焊缝熔合区出现了结晶层气孔，尺寸在50 100μm之间．激光辅助TIG复合焊和激光－高频脉冲TIG复合焊的焊缝熔合区未发现明显的气孔．据此可以推断，采用这两种复合热源焊接工艺可有效减少甚至消除焊缝气孔缺陷．在填丝TIG 焊接时，电弧主要是依靠低频调制脉冲的振动来排出气孔，熔池边缘的气孔由于得不到充分振动而难以排出，在加入激光和高频脉冲能量后，电弧的挺度增强，冲击力变大，熔池内的液体金属产生有规则的循环流动，将熔池边缘的气孔带出，有效的促进熔池边缘的气孔逸出．激光－高频脉冲TIG复合焊的焊缝熔合区出现细小等轴晶带，证明了20kHz的高频脉冲能量具有细化焊缝晶粒的作用，高频脉冲能量作用于熔池后，熔池受到的高频振动，一方面可以打碎固液界面处初生的枝晶组织，增加了结晶中心；另一方面，还可以将未熔的高熔点粒子A13Zr等卷入焊缝中，成为形核核心，促进了细小等轴晶带的形成．2．2显微硬度曲线三种焊接工艺焊接接头的硬度分布曲线如图4所示，三种工艺焊接接头的焊缝区的硬度均在85 HV左右，填丝TIG焊接工艺接头的焊缝熔合区发生了明显的软化现象，熔合区硬度最低只有68HV，而采用二种复合热源焊接工艺的接头在这一区域没有发生明显的软化现象．综合来看，复合热源接头硬度值稍高于填丝TIG焊接头，且没有填丝TIG焊接接头的硬度值变化剧烈．图4不同焊接工艺的硬度曲线Fig.4Hardness diagram of welded joints by different welding processes2．3接头的力学性能填丝TIG焊接接头断裂的位置在焊缝熔合区，两种复合热源工艺的焊接接头断裂的位置均在焊缝靠近熔合线母材侧的热影响区．图5为焊接接头的断裂路径，可以看出填丝TIG焊接接头在拉伸过程中是沿着晶界上的共晶相断裂的，晶界上的α+θ共晶组织属于脆性组织，网络状分布的共晶组织的含量和分布决定着焊接接头的拉伸性能．而激光－高频脉冲TIG复合焊接接头在拉伸过程中呈明显穿晶断裂．28焊接学报第32卷图5焊缝断裂路径Fig.5Fracture paths of weld2219铝合金母材和不同焊接工艺接头的拉伸力学性能见表2．焊接接头的抗拉强度和断后伸长率均明显低于母材，填丝TIG焊接头的强度系数仅为0．58，断后伸长率仅达到母材金属的26．1%．接头拉伸断口未发生明显的塑性变形，断裂面有气孔存在，气孔的存在不仅会减小焊缝的有效承载面积而且会形成应力集中，使得焊缝的强度和塑性降低．表2焊接接头和母材金属的力学性能Table2Tensile properties of welded joints and base metal 焊接工艺抗拉强度R m/MPa断后伸长率A（%）填丝TIG2553．0激光辅助TIG2753．5激光－高频脉冲TIG2874．02219母材44111．5与填丝TIG焊接头相比，激光辅助TIG焊接接头性能得到明显的提高，抗拉强度提高了8%，达到了母材抗拉强度的62．5%，断后伸长率提高了17%，达到母材金属的30．4%．抗拉强度和断后伸长率的提高主要是热输入降低造成的，当采用500 W激光辅助TIG电弧焊接时，焊接过程中在EN时段TIG电弧的电压明显下降，电弧两极间的电压由15V降低到了11V，TIG电弧功率下降使得熔池的热输入减小．低热输入使得焊缝晶粒趋于细小，晶内溶质元素含量增加，晶界共晶组织宽度减少，因此焊缝的强度也将随之增大．激光－高频脉冲TIG复合热源焊接接头抗拉强度比填丝TIG焊提高了12．5%，断后伸长率提高了33．3%．这种焊接工艺在小功率激光作用的基础上，加入的高频脉冲能量对熔池起到了高频振动的作用，进一步细化了焊缝组织，因此焊缝的力学性能也随之增加．2．4接头的抗应力腐蚀性能2219母材和三种焊接工艺的接头抗应力腐蚀性能试验采用慢应变速率方法（SSRT），在腐蚀液为3．5%的NaCl溶液，温度为25ħ的环境下进行．应力腐蚀试样的慢应变速率试验断裂时间见图6，断裂时间即从慢应变速率试验开始到试样拉断时刻所需要的时间，是评定开裂敏感性的最重要指标．2219母材断裂时间为10．55h，拉伸试样发生了明显的颈缩现象，抗应力腐蚀性能明显高于焊接接头．图6母材及焊接接头试样断裂时间Fig.6Time-to-failure of specimens填丝TIG焊接接头拉伸试样表现为明显的脆性断裂，接头应力腐蚀断裂处有气孔存在，为腐蚀开裂提供了有利通道，另外晶界大量分布的α（Al）+θ（CuAl2）共晶组织增加了应力腐蚀裂纹沿晶界扩展的通道，增加了接头的开裂敏感性，因此填丝TIG焊接接头的抗应力腐蚀性能不是很高，断裂时间仅为5．45h．激光辅助TIG复合焊和激光－高频脉冲TIG复合焊接接头的应力腐蚀断裂（SCC）都发生在材料的屈服变形阶段，拉伸试样都发生了颈缩现象属于韧性断裂，与填丝TIG焊接接头相比，断裂时间分别提高了60%和78%，达到了母材的83%和93%，抗应力腐蚀性能得到了显著提高．这主要是因为焊接速度的提高、热输入的减少以及高频能量对熔池的振动导致的晶粒细化和晶界共晶组织宽度和气孔的减少所致．另外低的热输出可以使熔合线附近的无溶质原子析出带（PFZ）宽度减小，而PFZ 是最易产生应力腐蚀开裂的区域之一．3结论（1）采用激光辅助TIG复合焊、激光－高频脉冲TIG复合焊进行2219铝合金焊接，与填丝TIG焊第9期冉国伟，等：2219铝合金复合热源焊接工艺及接头性能29相比，可以显著提高焊接速度，减少热输入，细化焊缝组织，减少晶界共晶组织宽度，有效减少甚至消除焊缝熔合区气孔缺陷．（2）激光辅助TIG复合焊、激光－高频脉冲TIG复合焊可以改善和提高2219铝合金焊接接头的力学性能和抗应力腐蚀性能．与填丝TIG焊相比，两种复合热源焊接接头SCC断裂时间明显提高，分别达到了母材的83%和93%．参考文献：［1］周万盛，姚君山．铝及其合金的焊接［M］．北京：机械工业出版社，2006．［2］Katayama S，Naito Y，Uchiumi S，et al．Physical phenomena and porosity prevention mechanism in laser-arc hybrid welding［J］．Transactions of JWRI，2006，35（1）：13－18．［3］Shinn B W，Farson D F，Denney P E．Laser stabilization of arc cathode spots in titanium welding［J］．Science and Technology ofWelding and 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ratio ）ultrasonic signal ，the Wiener inverse filter is in-sufficient for improving the time resolution．To solve the disadva-ntuge of traditional de-convolution technique ，an improved Wie-ner inverse filter method is proposed by employing spectral ex-trapolation．Computer simulated and artificial defect tested sig-nals were processed by using traditional and improved Wiener fil-ter technology respetively．The results showed that the proposed method could effectively improve the time resolution of the re-ceived signal ，and could accurately extract the phase information about the defect tips．The proposed method could provide a relia-ble basis for defect identification and location．Key words ：ultrasonic TOFD ；phase ；Wiener inverse filter Growth analysis of nanoparticles during plasma sprayingprocessWANG Dongsheng 1，2，TIAN Zongjun 2，WANG Jingwen 1，DUAN Zongyin 1，SHEN Lida 2，HUANG Yinhui 2（1．Department of Mechanical Engineering ，Tongling College ，Ton-gling 244000，China ；2．College of Mechanical and Electrical Engineering ，Nanjing University of Aeronautics and Astronau-tics ，Nanjing 210016，China ）．p 21－24，29Abstract ：In order to optimize the processing parameters of nanostructured coating prepared by plasma spraying ，the change of nanoparticle size during plasma spraying was investiga-ted．Based on the Brook＇s classical theory about grain growth ，a computational model for analyzing the nanoparticles growth of plasma-sprayed nanostructured agglomerated ZrO 2－7%Y 2O 3pow-ders was established．The effects of the thermal circulation curve and nanoparticle diameter on grain growth were studied．Mean-while ，experiment of plasma spraying using nanostructured ag-glomerated powders was carried out．The results showed that the nanostructured coating had a bimodal microstructure ，which was composed of both fully melted regions and partially melted re-gions．The partially melted regions were composed of slightly grown-up nanoparticles．The obtained experimental results showed a good agreement with the calculated results ，which indi-cated that the nanoparticles growth theory based on the Brook's theory was correct and reliable．The theory provides theoretical basis for nanoparticles growth of plasma spraying．Key words ：plasma spraying ；nanostructured agglomera-ted powders ；nanoparticles growthWelding process and joint properties of hybrid welding on2219aluminum alloyRAN Guowei ，SONG Yonglun ，YAN Sibo ，LIN Jiangbo （Department of Mechanical Engineering ＆Applied Electronics Technology ，Beijing University of Technolo-gy ，Beijing 100124，China ）．p 25－29Abstract ：The correlation between three welding proces-ses and joint microstructure as well as properties was investigated on 2219aluminum alloy of 6mm thickness．The three weldingprocesses were TIG welding with filler wire ，low-power laser as-sisted TIG hybrid welding and laser high-frequency pulse TIG hy-brid welding respectively．The results showed that ，compared with the TIG welding ，the hybrid welding processe could improve the welding speed ，reduce the heat input significantly ，refine the microstructure of the joint ，and reduce the width of eutectic α（Al ）+θ（CuAl2），especially eliminate the porosities of fusion zone effectively．Furthermore both the joint properties and stress corrosion resistance were improved significantly．The average fracture time for 2219aluminum alloy through the laser high-fre-quency pulse TIG hybrid welding was significantly longer than that through the TIG welding ，which was about 93%of the aver-age fracture time for 2219base material．Key words ：aluminum alloy ；hybrid welding ；joint prop-ertiesWetting correlations between rosin ＆other flux components and Sn-9Zn /Cu MENG Gongge ，ZHANG Hongyan ，LIUChao ，GU Baisong （School of Material Science ＆Engineering ，Harbin University of Science and Technology ，Harbin 150040，China ）．p 30－32Abstract ：Wetting correlations between rosin ＆other 6flux components and Sn-9Zn /Cu are studied based upon uniformdesign method．The factors rosin ，ZnCl 2，NH 4Cl ，ethylene gly-col ，oleic acid and lactic acid ，were divided into three groups and twelve levels in the experiment．By using computer software UST4．0，the wetting spread area were processed statistically and three correlative equations were obtained．The results showed that the effect of ZnCl 2，oleic acid and the mutual term of ZnCl 2＆NH 4Cl were positive．The effects of NH 4Cl was negative ，and that of rosin with ZnCl 2or NH 4Cl together is little ，ZnCl 2or oleic acid is also in quadratic ＆negative form．The analysis of vari-ance showed that the multinomial equations were sound and meaningful．Key words ：wetting ；flux ；tin-zinc solder ；uniform de-sign ；correlationsVacuum electron beam welding of 35CrMnSi steel CHENGuoqing 1，ZHANG Binggang 1，WANG Zhenbing 1，FENG Jic-ai 1，SUN Yi 2（1．State Key Laboratory of Advanced Welding Production Technology ，Harbin Institute of Technology ，Harbin 150001，China ；2．Faculty of Astronautical Engineering and Mechanics ，School of Astronautics ，Harbin Institute of Technolo-gy ，Harbin 150001，China ）．p 33－36Abstract ：The electron beam welding of （35CrMnSi steel ）was studied．The results showed the appearance of electron beam welded joint was good ，and no welding defects were found．The weld was fully austenitized ，the rapidy solidified microstruc-ture mainly consists of batten martensite while a small amount of residual austenite．The heat-affected zone can be divided into theoverheated zone ，normalized zone and slack quenching zone．The microstructure of overheated zone was coarse martensite．The microstructure of normalized zone was the mixture of mar-tensite and bainite．The tensile strength of joint was higher than the base metal and the fracture occurred at the base metal．The weld hardness was significantly higher than the base metal ，the bending strength was 1300MPa ，which was better than base metal ，and the bending strength increased slightly with beam current．The bending angle of joint was 54ʎ，which was slightly lower than the base metal．。

高强Al-Cu合金2219焊接接头组织与性能研究了高强Al-Cu合金2219 MIG焊焊接接头组织与性能。

2219铝合金焊缝显微组织为α(Al)+ α（Al）-CuAl2共晶，焊接接头中焊缝硬度值最低，焊缝拉伸性能最差，因此焊缝为焊接接头最薄弱区。

2219铝合金焊接接头力学性能远低于母材的力学性能，强度系数仅为母材的63.2%。

焊接接头经过人工时效处理，降低了焊接接头塑性，提高了接头强度，强度系数达到母材的67.6%。

0 序言铝铜合金也称硬铝合金，可热处理时效强化，具有很高的室温强度及良好的高温和超低温性能[1]，因此铝铜合金是工业中应用广泛的金属结构材料之一。

在铝铜系列合金中，多数合金的焊接性能不良，焊接接头强度系数仅为母材的60%[2]，严重制约了铝铜合金在工业中的进一步应用。

2219铝合金是一种高强、耐热、焊接性相对较好的铝铜合金[3]，由于国内对其焊接性能研究较少，其主要作为优良的贮箱结构材料，因此，研究2219铝合金焊接接头组织与性能，有利于进一步扩展2219铝合金的应用范围。

1 试验材料及试验方法试验材料为板厚20mm的2219-T87高强铝铜合金，焊丝为ER2319，直径为1.6mm。

2219铝合金及ER2319焊丝化学成分见表1。

焊接设备采用德国CLOOS公司生产的Qunito 503 MIG焊机，保护气体为纯度99.9%的氩气。

焊接后从试板上沿焊缝横向截取试样，加工成拉伸试样。

对拉伸试样进行时效处理，人工时效工艺为：160℃时效16小时。

拉伸实验在AG-250KNE电子拉伸实验机上进行。

用MICROMET硬度仪测量焊接接头横截面的维氏硬度变化，压头载荷为5Kg。

用E2-X30P/R型光学显微镜观察显微组织，用JB-30能谱仪进行化学成分分析，最后利用SSX-550扫描电镜对断口进行分析。

表1 2219铝合金及ER2319焊丝化学成分（质量分数,%）2 试验结果和讨论2.1母材及焊缝显微组织图1 和图2 分别为母材及焊缝显微组织。