铝合金时效处理

时效处理对电子束焊接AA2219铝合金焊接后的拉伸

性能的影响

摘要：2219铝合金（铝，铜6.5％）是一个航空航天应用中最受欢迎的时间硬化合金，因为其优良的焊接特点，虽然AA2219在焊接性方面其6000和7000系列占有优势，当焊接时它容易受到薄弱的连接强度的影响。在本次研究中通过焊缝时效处理尽量提高焊接接头强度。本文介绍时效处理对焊接电子束拉伸性能AA2219铝合金焊接的影响。对接接头的平面制作，采用100千伏容量的电子束焊（电子束）机，焊缝在焊后给予人工时效处理。拉伸试验用100千牛进行，机电控制采用普遍试验机。焊后时效处理对提高焊缝金属的硬度和拉伸性能有益。这主要是由于从焊缝金属的微观结构看，在焊缝金属区域的CuAl2析出物总体分布在焊后时效接头与焊接接头相比其影响是显而易见的。

关键词：AA2219铝合金；电子束焊接；人工时效；拉伸性能

1简介

2219铝合金（铝，铜6.5％）是一个航空航天应用领域最受欢迎的时效硬化合金，因为它具有优良的可焊性。其他属于6000（铝硅镁）和7000（铝锌镁）系列的时效硬化合金容易产生凝固裂纹，而且必须使用不可热处理焊剂焊接。AA2219基本上铝铜锰三元合金。AA2219是低温液体火箭燃料箱的建造最广泛的使用材料并具有好了独特的综合性能，如：可焊性，高强度重量比和优越的低温性能。

AA 2219铝合金首选的焊接工艺为GMAW焊和钨极气体电弧焊（氩弧焊），相比较更容易成型和更好的经济适用性。而且，等离子弧焊接以极高的极性电极和高焊接电流使铝组件被加入了一个良好的经济焊缝的质量。在几个不同的领域，对铝合金的使用逐渐增加。如压力容器，构造柱和运输系统就必须用多道焊进行焊接。在多道焊接下，它的焊缝特点和机械性评测就不能用单道焊缝的方法进行观测。

在与氩弧焊和气体保护焊弧相比较，电子束的特点是高功率密度大，从而允许单方面通过且对平面接焊厚度约8毫米的物体焊接速度可达1米以上/分钟。据了解，电子束焊接的铝合金焊缝较其它焊接呈现出较好的机械性能和用力学性能，文献报道结果表明，在电子束焊接和GTA或变极性等离子弧焊接为100 MPa

时，特别是在试件较厚的部分，拉伸强度在数值上存在很大差异。

相较于6000和7000系列合金AA2219合金更易焊接，但它也影响焊接接头的强度。在T87条件下，接头的强度只有约母材的40％，这都是自动生成的焊接，就像那些用匹配的填充物2319，其中包含略钛和锆含量较高。能量的损失是由于熔化和快速重凝，使得所有的加强沉淀溶解，材料为作为一个良好的溶质偏析及大型铸造材料柱状晶粒。

因此，在这次调查中试图向AA2219铝合金电子束焊接后通过简单的焊后人工时效处理提高接拉伸性能。电子束焊接AA2219铝合金后人工时效处理影响拉伸性能的影响报道。

2实验工作

基本金属（母材）在本次调查采用了轧对AA2219铝合金板，用钢锯切割分割为所需大小（300 ×150 ×12毫米）后打磨。它的化学成分和金属力学性能列于表1和2。水平对接配置准备制作电子束焊接接头。在接头制作中，采用电子束焊（电子束）机（泰克米特，法国）8千瓦。表3给出焊接条件和工艺参数，被用来制作过程由电子束焊接的接头。

表格一母材化学成分（％）

Cu Mn Fe Zr V Si Ti Zn Al

6.33 0.34 0.13 0.12 0.07 0.06 0.04 0.02 Bal

表格二母材金属的机械性能

屈服强度(MPa) 极限拉伸强度(MPa) 伸长(%) 减少截面积(%) 维氏硬度（V) 392 475 15 10 140

表格三电子束焊接工艺条件和参数

电流50mA

电压50KV

速度15mm/s

焊枪工作距离298 mm

真空电子束10−4 bar

大部分可加热的合金，热影响区的部分是退化到这样的程度，力学性能只有通过应用改进后热处理全焊接（固溶+时效）。铝铜合金接头性能得到改善的一个简单的沉淀（老化）处理，焊后的整个焊缝区硬化。为了研究时效处理对焊缝拉伸性能的影响，焊接接头两组分别为，（1）焊后自然接头及（2）人工处理接头。

作为焊后自然接头，无焊后热处理于，对它的机械和冶金性能立即进行了评价（在一个星期内）。人工处理的接头，让接头在175 ℃的电炉中保持12个小时，在炉温度下以100℃/小时冷却，直到被冷却到室温。

焊接接头被用钢锯剪切和用液压控制自动加工车床加工出所需的尺寸。横向拉伸试样准备如图1所示，为了获得拉伸接头性能。美国ASTM E8M - 90A型准则根据了准备试样的情况。光滑（无缺口）拉伸标本（图1a）准备横向评价接头的拉伸性能如屈服强度，抗拉强度，伸长率和百分比百分比减少截面积。缺口拉伸试样图1b）准备缺口拉伸强度评价和缺口强度比。

微观结构进行了检查使用光光学显微镜（VERSAMET - 3）注册成立用图像分析软件（Clemex -视力）。该金相检验的标本，切片从焊缝金属联合组成所需要的大小，热影响区，母材区。随后，他们被用砂纸打磨的不同等级。最后的抛光是利用钻石化合物（1微米颗粒大小）在光盘抛光机。标本被蚀刻Keller的试剂揭示微观结构。被测拉伸断口标本进行了分析用扫描电子显微镜（厂商：日本电子，日本;型号：5610LV）。样品保存用氧化物涂层防油。之前根据扫描电镜检查，超声清洗的标本用四氯化碳和丙酮。

a拉伸缺口（平滑）

b拉伸缺口试样

图一拉伸试样尺寸（所有尺寸以毫米）

3 结果

3.1 拉伸性能

通过横向拉伸性能，如屈服强度，抗拉强度，断裂伸长率，横截面面积减少的百分比，对2219铝合金电子束焊接接头性能进行评测。在每个情况下，三个样本进行了测试和三个结果的平均值计算，他们列于表4。

表四AA2219铝合金电子束焊接横向拉伸性能

接头类型屈服强度

(MP) 抗拉强度

(MP)

伸长（％）横截面面

积减少

（％）

缺口拉伸

强度

（MPa）

切口强度

比率

（NSR）

接头效率

(%)

BM 397 472 16.2 11.2 440 0.93

385 484 14.8 9.6 448 0.92

394 469 14.0 9.2 438 0.93

392 475 15 10 442 0.93

AW 225 245 10.8 6.6 215 0.88 52 216 235 10.2 6.1 210 0.89 49

219 234 10.8 5.8 202 0.86 50

220（−43%) 238(−

49%)

10.6 (−

29%)

6.2 (−

37%)

209 (−

52%)

0.88 (−

5%)

50.3

AA 238 266 11.9 6.9 160 0.60 56 232 257 11.1 6.4 155 0.60 53

229 263 11.8 6.5 144 0.55 56

233 (−40%) 262 (−

44%)

11.6 (−

22%)

6.6 (−

33%)

153 (−

65%)

0.58 (−

37%)

55

从这些数值中得出母材的变化，焊接母材的屈服强度和拉伸强度分别为392 MPa和475 MPa，但是，焊接接头的屈服强度和拉伸强度焊接接头分别为220 MPa 和238 MPa这表明，电子束焊接大约对强度值有一个40-45％的减少。AA接头的屈服强度和拉伸强度分别为233 MPa和262屈服强度和拉伸强度MPa，接头强度的改善大约有10％。焊接母材的伸长率和减少截面积分别为15％和10％。但AW的伸长率减少6.23％这表明，AA2219铝合金电子束焊接延展性减少约30％是由于

母材的缺口拉伸强度（NTS）442兆帕。但是，AW的缺口拉伸强度为209兆帕。这表明，因为电子束焊接母材的缺口拉伸强度减少大约50％。电子束焊使AA 的缺口拉伸强度达到153 MPa，这另一个缺口拉伸参数低。，切口强度低于焊接和热处理的铝合金2219接头。这表明，AA2219合金缺口敏感，都是脆性材料