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7075-T6铝合金激光-MIG复合焊研究

李正  
【摘要】:7075铝合金是一种锻压合金,强度高,远胜于软钢,是商用最强力铝合金之一。7075铝合金由于其优越的性能,被广泛应用于航空航天、交通运输等行业。但是7075铝合金的致命的缺点就是其熔焊性差,在以往很长一段时间被认为是不可焊金属。因而在其作为结构件材料出现时,往往是采用铆接的方式进行连接,但是铆接不但接头强度不如焊接,而且会大大增加整个结构件的重量,既浪费材料又削弱了结构的整体刚性。激光束的高能量密度特性,使得其非常适用于7075铝合金的焊接。但是单独采用激光焊接7075铝合金时会产生气孔、裂纹等缺陷,而且单激光热源焊接存在着能量利用率常不高、焊接效率低等问题。采用激光束附加电弧构成复合热源可以大大改善激光熔焊的工艺特性和桥接性,不仅可提高焊接效率,而且可较大幅度地拓展工艺容限。 本文针对7075高强铝合金结构的应用问题,进行激光-MIG复合热源焊的工艺性能试验。通过金相分析技术、SEM/EDS、硬度测试、同步辐射荧光CT以及同步辐射硬X射线扫描技术详细分析了接头的宏观形貌、微观组织、成分分布、微区元素分布、气孔分布、断口形貌、拉伸强度和显微硬度分布等;试验表明,合适的工艺参数下得到的焊缝鱼鳞纹整齐美观、无咬边、裂纹、不连续等宏观缺陷。 力学性能测试表明:复合焊接头的抗拉强度279MPa,达到母材强度(524MPa)的53%。而焊缝金相-硬度分析表明,复合焊焊缝内主要软化相为雪花状铸态组织,而且此类组织聚集在焊缝中部,使得复合焊焊缝中部成为最薄弱地带。 同步辐射X射线荧光CT观察表明,焊缝内气孔分布呈现中间部位气孔尺寸大且较为密集,焊缝两边尺寸较小,另外焊缝熔合线部位存在大量微小空隙组织,这种微观空隙是导致接头疲劳性能下降的主要原因。 对比激光-MIG复合焊和单独激光焊接头EDS线扫描结果,可看出复合焊缝中铜、锌含量低于单独激光焊缝,这就是接头硬度低于激光焊缝的主要原因。分析了同步辐射硬X射线扫描元素分布以及硬度云图之后,可以得知接头硬度分布趋势基本和铜元素的分布一致,因此可推断出铜是影响接头硬度的主要元素之一。


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