7075铝合金脉冲变极性等离子弧焊接头的双级时效行为
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摘要：通过力学性能、电导率测试和 ＴＥＭ 分析，对１０ｍｍ 厚７０７５铝合金脉冲变极性等离子弧焊（ｐｕｌｓｅｖａｒｉａｂｌｅｐｏｌａｒｉｔｙ ｐｌａｓｍａａｒｃｗｅｌｄｉｎｇ，ＰＶＰＰＡＷ）接头的双级 时 效 行 为 特 征 进 行 研 究，并 确 定 了 较 为 合 理 的 双 级 时 效 工 艺。 结 果 表 明： ７０７５铝合金 ＰＶＰＰＡＷ 接头的抗拉强度随着终时效温度 的 升 高 和 终 时 效 时 间 的 延 长 先 增 大 后 减 小。 经１６０ ℃，１２ｈ 终 时效处理后的接头抗拉强度为５４５．１ ＭＰａ，比焊态时提高了３７％。此时接 头 的 电 导 率 为 ２７．９％ＩＡＣＳ，抗 应 力 腐 蚀 性 能 有所提高。焊缝中心主要强化相为 η′相和 η相，随着终时效温度的升高和终时效时间的延长，晶内与晶界的 析 出 相 逐 渐 长 大 和 粗 化 ，晶 界 的 无 沉 淀 析 出 带 变 宽 。 关 键 词 ：７０７５ 铝 合 金 ；脉 冲 变 极 性 等 离 子 弧 焊 ；双 级 时 效 ；显 微 组 织 ；性 能 犱狅犻：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１４３８１．２０１８．００１００７ 中 图 分 类 号 ：ＴＧ４５６．２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００１４３８１（２０２０）０２０１４００８
第 ４８ 卷
第２期
２０２０年２月 第１４０－１４７页
材 料 工 程
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ１４７
７０７５铝合金脉冲变极性等离子弧焊 接头的双级时效行为
Ｔｗｏｓｔａｇｅａｇｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｐｕｌｓｅｖａｒｉａｂｌｅｐｏｌａｒｉｔｙ ｐｌａｓｍａａｒｃｗｅｌｄｉｎｇｊｏｉｎｔｏｆ７０７５ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｗｏｓｔａｇｅａｇｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｐｕｌｓｅｖａｒｉａｂｌｅｐｏｌａｒｉｔｙｐｌａｓｍａａｒｃｗｅｌｄｉｎｇ（ＰＶＰＰＡＷ）ｊｏｉｎｔｏｆ ７０７５ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｗｉｔｈ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ１０ ｍｍ ｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｔｅｓｔａｎｄ ＴＥＭ ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｔｗｏｓｔａｇｅａｇｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ． Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆ７０７５ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙＰＶＰＰＡＷｊｏｉｎｔｓｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｓｅｃｏｎｄｓｔｅｐａｇｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｔｉｍｅ．Ａｆｔｅｒｓｅｃｏｎｄｓｔｅｐａｇｉｎｇ ｗｉｔｈ １６０ ℃／１２ｈ，ｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｊｏｉｎｔｉｓ５４５．１ ＭＰａ，ｗｈｉｃｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｂｙ３７％ ｔｈａｎａｓｗｅｌｄ．Ａｎｄ ｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｉｓ２７．９％ＩＡＣＳ，ｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｏｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈａｎａｓｗｅｌｄ．Ｔｈｅｍａｉｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｐｈａｓｅｓｏｆｔｈｅ ｗｅｌｄｃｅｎｔｅｒａｒｅη′ｐｈａｓｅａｎｄηｐｈａｓｅ．Ｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄｐｈａｓｅｓｏｆｇｒａｉｎ ｉｎｔｅｒｉｏｒａｎｄｇｒａｉｎｂｏｕｎｄａｒｙｇｒｏｗｕｐａｎｄｂｅｃｏｍｅｃｏａｒｓｅｎｅｄｇｒａｄｕａｌｌｙ，ａｎｄｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄｆｒｅｅｚｏｎｅｉｎ ｔｈｅｇｒａｉｎｂｏｕｎｄａｒｙｂｅｃｏｍｅｓｗｉｄｅｒｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｓｅｃｏｎｄｓｔｅｐａｇｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｔｉｍｅ． 犓犲狔狑狅狉犱狊：７０７５ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ；ＰＶＰＰＡＷ；ｔｗｏｓｔａｇｅａｇｉｎｇ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｐｒｏｐｅｒｔｙ
李 国伟１，２，梁亚 红１，２，陈 芙 蓉１，２，韩 永全１，２ （１内蒙古工业大学 材料科学与工程学院，呼和浩特 ０１００５１；
２ 内 蒙 古 自 治 区 轻 金 属 材 料 重 点 实 验 室 ，呼 和 浩 特 ０１００５１） ＬＩＧｕｏｗｅｉ１，２，ＬＩＡＮＧ Ｙａｈｏｎｇ１，２，ＣＨＥＮ Ｆｕｒｏｎｇ１，２， ＨＡＮ Ｙｏｎｇｑｕａｎ１，２
（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｏｈｈｏｔ０１００５１，Ｃｈｉｎａ；２ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａ
ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＬｉｇｈｔＭｅｔａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｈｏｈｈｏｔ０１００５１，Ｃｈｉｎａ）
７×××系高 强 铝 合 金 因 优 异 的 性 能 被 广 泛 应 用 于航空航天、国防、航海和汽车等领域［１３］，实际 应 用 中
经常需要进行焊接，如 何 实 现 优 质 焊 接 一 直 是 国 内 外 研究的热点和难点 。 ［４５］ 与其他的传统熔焊相 比，脉 冲
变 极 性 等 离 子 弧 焊 （ｐｕｌｓｅｖａｒｉａｂｌｅｐｏｌａｒｉｔｙｐｌａｓｍａａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ，ＰＶＰＰＡＷ）技术在焊 接 铝 合 金 方 面 具 有 一 定 的优势［６７］，但焊接 接 头 仍 存 在 强 度 失 配 严 重、耐 腐 蚀 性差等缺点［８９］，在一定程度上影响该铝合金进 一 步 的
开发应用。 如何改善焊后接头的软化及耐腐蚀性问题已成为
许多科研人员的研究重点。目前常用的方法有优化焊 接 工 艺 、焊 后 表 面 处 理 、焊 后 热 处 理 等 。 研 究 人 员 ［１０１２］ 发现双级时效处理既能提高 ７×× ×系 铝 合 金 的 强 度 又能改善其耐腐 蚀 性 能，同 时 还 能 改 善 ７× × × 系 铝 合金焊接接头的性能。陈一 进 等 研 ［１３］ 究 发 现，随 着 双 级时效时间的延长，７０５０铝合 金 的 强 度、硬 度 降 低，导
第 ４８ 卷
第２期
２０２０年２月 第１４０－１４７页
材 料 工 程
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ１４７
７０７５铝合金脉冲变极性等离子弧焊 接头的双级时效行为
Ｔｗｏｓｔａｇｅａｇｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｐｕｌｓｅｖａｒｉａｂｌｅｐｏｌａｒｉｔｙ ｐｌａｓｍａａｒｃｗｅｌｄｉｎｇｊｏｉｎｔｏｆ７０７５ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｗｏｓｔａｇｅａｇｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｐｕｌｓｅｖａｒｉａｂｌｅｐｏｌａｒｉｔｙｐｌａｓｍａａｒｃｗｅｌｄｉｎｇ（ＰＶＰＰＡＷ）ｊｏｉｎｔｏｆ ７０７５ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｗｉｔｈ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ１０ ｍｍ ｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｔｅｓｔａｎｄ ＴＥＭ ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｔｗｏｓｔａｇｅａｇｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ． Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆ７０７５ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙＰＶＰＰＡＷｊｏｉｎｔｓｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｓｅｃｏｎｄｓｔｅｐａｇｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｔｉｍｅ．Ａｆｔｅｒｓｅｃｏｎｄｓｔｅｐａｇｉｎｇ ｗｉｔｈ １６０ ℃／１２ｈ，ｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｊｏｉｎｔｉｓ５４５．１ ＭＰａ，ｗｈｉｃｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｂｙ３７％ ｔｈａｎａｓｗｅｌｄ．Ａｎｄ ｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｉｓ２７．９％ＩＡＣＳ，ｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｏｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈａｎａｓｗｅｌｄ．Ｔｈｅｍａｉｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｐｈａｓｅｓｏｆｔｈｅ ｗｅｌｄｃｅｎｔｅｒａｒｅη′ｐｈａｓｅａｎｄηｐｈａｓｅ．Ｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄｐｈａｓｅｓｏｆｇｒａｉｎ ｉｎｔｅｒｉｏｒａｎｄｇｒａｉｎｂｏｕｎｄａｒｙｇｒｏｗｕｐａｎｄｂｅｃｏｍｅｃｏａｒｓｅｎｅｄｇｒａｄｕａｌｌｙ，ａｎｄｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄｆｒｅｅｚｏｎｅｉｎ ｔｈｅｇｒａｉｎｂｏｕｎｄａｒｙｂｅｃｏｍｅｓｗｉｄｅｒｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｓｅｃｏｎｄｓｔｅｐａｇｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｔｉｍｅ． 犓犲狔狑狅狉犱狊：７０７５ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ；ＰＶＰＰＡＷ；ｔｗｏｓｔａｇｅａｇｉｎｇ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｐｒｏｐｅｒｔｙ
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２ 内 蒙 古 自 治 区 轻 金 属 材 料 重 点 实 验 室 ，呼 和 浩 特 ０１００５１） ＬＩＧｕｏｗｅｉ１，２，ＬＩＡＮＧ Ｙａｈｏｎｇ１，２，ＣＨＥＮ Ｆｕｒｏｎｇ１，２， ＨＡＮ Ｙｏｎｇｑｕａｎ１，２
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ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＬｉｇｈｔＭｅｔａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｈｏｈｈｏｔ０１００５１，Ｃｈｉｎａ）
７×××系高 强 铝 合 金 因 优 异 的 性 能 被 广 泛 应 用 于航空航天、国防、航海和汽车等领域［１３］，实际 应 用 中
经常需要进行焊接，如 何 实 现 优 质 焊 接 一 直 是 国 内 外 研究的热点和难点 。 ［４５］ 与其他的传统熔焊相 比，脉 冲
变 极 性 等 离 子 弧 焊 （ｐｕｌｓｅｖａｒｉａｂｌｅｐｏｌａｒｉｔｙｐｌａｓｍａａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ，ＰＶＰＰＡＷ）技术在焊 接 铝 合 金 方 面 具 有 一 定 的优势［６７］，但焊接 接 头 仍 存 在 强 度 失 配 严 重、耐 腐 蚀 性差等缺点［８９］，在一定程度上影响该铝合金进 一 步 的
开发应用。 如何改善焊后接头的软化及耐腐蚀性问题已成为
许多科研人员的研究重点。目前常用的方法有优化焊 接 工 艺 、焊 后 表 面 处 理 、焊 后 热 处 理 等 。 研 究 人 员 ［１０１２］ 发现双级时效处理既能提高 ７×× ×系 铝 合 金 的 强 度 又能改善其耐腐 蚀 性 能，同 时 还 能 改 善 ７× × × 系 铝 合金焊接接头的性能。陈一 进 等 研 ［１３］ 究 发 现，随 着 双 级时效时间的延长，７０５０铝合 金 的 强 度、硬 度 降 低，导