《热输入对5052铝合金焊接热影响区软化性能的影响》-农学论文，农机使用维修论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

热输入对5052铝合金焊接热影响区软化性能的影响

范文

杜全斌路全彬秦磊

摘要：本研究采用TIG焊接工艺对冷作硬化态5052薄板铝合金进行焊接，研究热输入对焊接接头力学性能的影响。结果表明：采用TIG焊接5052铝合金时，热影响区出现软化区，软化区原母材变形组织被再结晶组织取代，硬度降低，变形强化效果消失。热输入不同，软化区软化及强度损失程度不同，小热输入（小于13 kJ·cm-1）焊接，焊缝成形不良，出现未熔合缺陷;中等热输入（13～17 kJ·cm-1）焊接，焊缝成形良好，母材软化区硬度损失相对较小;过大热输入（大于17 kJ·cm-1）焊接，母材软化区硬度损失严重。

关键词：铝合金;焊接接头;热输入;力学性能

中图分类号：TG441.8 ? ? ? ?文献标识码：A开放科学（资源服务）标识码

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.01.011Open Science Identity（OSID）

铝合金常规熔焊接头在不同热循环的作用下，硬度、强度等力学性能会随之发生相应的变化，特别是热影响区受焊接温度场梯度的影响，各点经历的热循环不同，该区域力学性能的不均匀性更为严重和复杂，成为研究者关注的热点[1-3]。由此，造成铝合金焊接存在以下难点：铝合金焊接接头软化严重，强度系数低;铝合金线膨胀系数大，易产生焊接变形;铝合金热导率大，需要大的热输入等[4-6]。对于冷作硬化非热处理强化铝合金，焊接时温度超过300 ℃以上的热影响区产生再结晶现象，发生软化，强度系数降低，造成焊接接头强度降低，失去冷作硬化效果，且不能经过热处理手段使强度恢复，故一定程度上限制了铝合金在焊接结构上的广泛使用[7-10]。

本研究選用冷作硬化状态的5052H32铝合金作为研究对象，重点考察了不同热输入下3 mm厚薄板铝合金焊接接头软化情况和强度损失程度，通过确定焊接热输入的范围，尽量降低焊接接头软化程度并减少强度的损失。

1 试验材料与方法

试验选用母材为H32态5052铝合金，试板尺寸300 mm×150 mm×3 mm，焊丝选用ER5356，直径1.6 mm，母材与焊丝的化学成分见表1。采用手工填丝TIG焊，焊接试样采用V型坡口对接，坡口角度为60°，焊前对试板表面进行严格清理，焊接热输入如表2所示。

焊接接头的拉伸试样按照GB/T 2651-2008进行。按照GB/T 27552-2011的规定，采用华银HV-1000A型显微硬度计测量焊接接头的显微硬度，加载力0.03 N，加载时间10 s。采用ZEISS Axio Scope A1金相显微镜对焊接接头显微组织进行观察，采用JSM-7500F场发射扫描电镜对焊接接头拉伸断口进行观察。

2 试验结果及讨论

2.1 热输入对焊缝成形的影响

为确定合适的焊接热输入，首先应确保施焊条件下，焊缝成形良好，无焊缝成形缺陷。在一定的条件下，焊接热输入对焊缝成形产生影响，如图1所示，不同的焊接热输入焊缝成形不同。焊接热输入小于13 kJ·cm-1时2号试样（图1a），焊缝高低不平、宽窄不一，成形不美观，通过对背面的观察，发现焊缝背面有部分未熔合。当焊接热输入大于17 kJ·cm-1时6号试样（图1c），焊缝熔宽过大，尺寸不符合要求，存在咬边等焊接缺陷。对于中等热输入量13～17 kJ·cm-1的5号试样（图1b），焊缝成形美观，焊缝尺寸合格，无咬边、未熔合等缺陷。

2.2 热输入对焊接接头软化程度的影响

焊接接头显微硬度的变化，可反映焊接接头软化程度。为考察不同热输入下，焊接接头软化的情况，测量不同热输入的焊接接头的显微硬度。接头硬度相对焊缝中心的变化曲线如图2所示。由图2可知，在距离焊缝中心6～16 mm区域，3～8号试样硬度值明显较低，即此焊接热影响区（HAZ）硬度明显低于母材和焊缝区硬度，该区软化现象十分明显，称为软化区。仔细观察发现，即使在很小的热输入下，焊接接头仍存在软化区，如图2中3号试样。因此，采用TIG焊接冷作硬化的5052铝合金时，热影响区的软化是较难避免的。进一步观察可知，随着热输入的增加软化区宽度为呈逐渐增加的趋势，但各试样软化区的平均硬度差别不大，平均硬度为54 HV0.3，约为母材硬度的84 %。

2.3 分析与讨论

图3为焊接接头热影响区显微组织，热输入不同的2～8号试样，热影响区组织存在差异。当热输入小于13 kJ·cm-1时，见图3a 2号试样，接头出现未熔合缺陷。热输入大于13 kJ·cm-1的3～8号试样，热影响区分为靠近熔合区的固溶区和再结晶区，热输入不同再结晶区的宽度和晶粒组织也不同。焊接时由于母材在热循环条件下，不同部位受到的热影响不同，故其组织也不同。热输入为13～17 kJ·cm-1范围的3～5号试样再结晶区晶粒细化（如图3c、d），晶粒为等轴晶，大小均匀;大于17 kJ·cm-1的6～8号试样，再结晶区晶粒部分粗化（如图3e）。

结合硬度结果表明，冷作硬化状态的5052铝合金TIG焊接时，由于焊接热输入的影响，在焊接热影响区存在再结晶软化区，软化区变形晶粒消失，形成新的再结晶晶粒，热输入为13～17 kJ·cm-1（3～5号）时，软化区再结晶晶粒细小，硬度降低，强度低于母材。当热输入过大时（大于17 kJ·cm-1的6～8号），软化区晶粒部分粗化，故强度低于5号试样。对于非热处理强化的5052铝合金来说，由于焊接热输入的作用，造成母材热影响区出现软化区，母材变形强化效果消失。这说明热输入不同，软化区强化效果消失程度不同。

5052铝合金TIG焊接热影响区软化、强度降低的主要原因是热影响区的母材发生再结晶，变形组织消失，出现新的再结晶组织。

3 结论

采用TIG焊接冷作硬化態5052铝合金时，热影响存在软化区，造成原硬化、强化效果消失，导致强度、硬度降低。当热输入小于13 kJ·cm-1时，焊缝成形不良，出现未熔合缺陷;当热输入为13～17 kJ·cm-1时，焊缝成形良好，母材硬度、强度损失相对较小;继续增大热输入（大于17 kJ·cm-1），母材硬度、强度损失严重。

参考文献：

[1]李慧中，张新明，陈明安，等. 2519铝合金焊接接头的组织与性能[J]. 中国有色金属学报， 2004， 14（6）： 956-960.

[2]彭云，徐良红，田志凌，等. 焊接热输入对高强铝合金接头组织和性能的影响[J]. 焊接学报， 2008， 29（2）： 17-21.

[3]Norman A F， Drazhner V， Prangnell P B. Effect of welding parameters on the solidification microstructure of autogenous TIG welds in an Al-Cu-Mg-Mn alloy[ J]. Materials Science and Engineering A， 1999， 259（1）：53-64.

[4]周万盛，姚君山. 铝及铝合金焊接[M]. 北京：机械工业出版社， 2006.1.

[5]Ma T， Ouden G. Softening behaviour of Al–Zn–Mg alloys due to welding[J]. Materials Science and Engineering A， 1999， 266（1-2）： 198-204.

[6]许飞，巩水利，陈俐，等. 热输入对5A06铝合金激光填丝穿透焊的影响[J]. 焊接， 2009（11）： 40-43.

[7]吴志生，靳鹏飞，高珊，等. 铝合金焊接接头的软化及改善措施[J]. 焊接技术， 2010， 39（1）： 1-3.

[8]Huang C， Kou S. Partially melted zone in aluminum welds： solute segregation and mechanical behavior[J]. Welding Journal， 2001， 80（1）： 9-17.

[9]王元良，屈金山，晏传鹏，等. 铝合金焊接性能及焊接接头性能[J].中国有色金属学报， 1997， 7（1）：69-74.

[10]Hadadzadeh A， Ghaznavi M M， Kokabi A H. The effect of gas tungsten arc welding and pulsed-gas tungsten arc welding processes parameter on the heat affected zone-softening behavior of strain-hardened Al-6.7Mg alloy[J]. Materials & design， 2014， 55（3）： 335-342.

随便看

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。