發(fā)布時間：2020-05-03 12:58

【摘要】：隨著交通工具輕量化和高速化的發(fā)展,高強鋁合金焊接技術的作用和地位日益凸顯,在軌道交通領域有著廣泛的應用。A7204鋁合金是熱處理強化高強鋁合金,其擠壓性能較好,焊接性能優(yōu)良,焊后焊縫成形質量高等優(yōu)點,廣泛應用于高速列車車體結構材料。激光焊接具有能量密度高、焊接速度快、焊后熱影響區(qū)窄等優(yōu)點,能有效克服接頭成形差及焊接接頭軟化等問題。然而激光深熔焊接A7204鋁合金過程中,由于“匙孔”不穩(wěn)定容易造成焊縫接頭軟化及氣孔問題嚴重等。采用光纖激光-VPTIG復合填絲焊接,可以充分利用VPTIG正、反向電流值及占空比可調,最大程度的強化陰極霧化作用清理表面氧化膜,并提高接頭綜合力學性能,在鋁合金焊接中展現(xiàn)出了突出的比較優(yōu)勢。在鋁合金填絲焊接中,焊縫金屬的成分決定著接頭的組織和性能,通過合理選擇焊絲進而調控焊縫接頭組織性能,成為進一步提高鋁合金車體焊接質量的有效手段。本文通過分別填充ER5087、ER5356和ER4047三種焊絲,對比分析了不同填充焊絲條件下復合焊接接頭的顯微組織與力學性能,并對接頭軟化行為及機制進行了研究。研究結果表明,填充ER5087焊絲的焊縫上部鑄態(tài)組織最細小,枝晶相對較細,ER5356焊縫次之,ER4047焊縫枝晶較發(fā)達,鑄態(tài)組織較粗大。自然時效90天后,三種填充焊絲接頭的拉伸性能并無明顯差別,大多斷裂于近母材側的熱影響區(qū)。熱影響區(qū)存在明顯的時效硬化區(qū)和再結晶軟化區(qū),且自然時效對熱影響區(qū)軟化具有明顯影響。透射電鏡結果表明,再結晶軟化區(qū)域析出相減少并粗化是接頭軟化的主要原因。三種焊絲的添加使得焊縫整體機械性能并沒有太大變化,考慮到在金屬材料的各種微合金化元素中,Nb元素的效果顯著。同時Nb是固溶強化和吸氣固氫元素,鈮的強化作用主要是細晶強化和彌散強化。因此在原有基礎上,考慮針對焊縫進行鈮微合金化。采用光纖激光-VPTIG復合填絲焊接6 mm厚A7204鋁合金,通過在待焊試板對接面預置不同厚度鈮箔實現(xiàn)對焊縫的微合金化,工藝參數(shù)設定為9 kW的激光功率、200 A的焊接電流、6 m/min的焊接速度和送絲速度后,得到成形均勻的焊縫接頭。未經(jīng)鈮微合金化的焊縫橫截面顯微組織依次為細小等軸晶、柱狀晶、等軸樹枝晶形態(tài)。加鈮后,焊接接頭氣孔明顯減少,焊縫中心柱狀晶及二次枝晶消失,均呈現(xiàn)出細小的等軸晶,晶粒尺寸明顯細化。焊縫區(qū)顯微硬度比較激光-VPTIG以及經(jīng)過0.025 mm和0.01 mm厚鈮箔微合金化后的焊縫接頭,呈現(xiàn)出依次遞增的狀態(tài),軟化現(xiàn)象明顯減弱。對比四組接頭拉伸強度可以看出,鈮微合金化鋁合金焊接接頭會使得抗拉強度、屈服強度和延伸率有明顯提升,經(jīng)過自然時效60天后,拉伸強度達到了母材的92%,屈服強度約為母材的91%。可見,鈮微合金化鋁合金焊縫后顯微組織和力學性能均有明顯改善。
【圖文】：

圖 1-1 高速列車車體圖[2]Fig.1-1 High-speed train body drawing[2]A7204 鋁合金是 Al-Zn-Mg 系可熱處理強化的高強鋁合金，且密度低，，比強

圖 1-3 鋁合金激光焊接示意圖Schematic diagram of laser welding of alumi材料的高反射率和較大的線膨脹系數(shù)，在激光焊接過程中激光器的功率及
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN249;U270.6

【參考文獻】

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本文編號：2647566