5A06铝合金TIG焊焊接接头性能研究与高韧性高强度铝合金焊丝研制

摘要

随着我国车辆行业生产技术的不断进步，5A06铝合金的应用越来越广泛，车辆采用5A06铝合金油箱替代钢制油箱，可以有效减轻车辆自重，提高车辆总体性能，但铝制焊接油箱在车辆运行过程中由于车辆的震动和燃油的反复冲击，焊接部位常出现贯穿性疲劳裂纹，导致油箱泄漏。另外，在其他的一些特殊应用场合，铝合金焊接结构在使用过程中承受着周期性的交变载荷作用，使得疲劳断裂成为铝合金焊接结构失效的主要形式之一。因此，改善铝合金焊接接头的疲劳性能成为必然。研究开发高韧性高强度铝合金焊丝，以满足产品对焊接接头高疲劳性能要求，拓宽熔化焊在铝合金连接上的应用，具有重要的工业化应用意义，市场前景广阔。
　　本文研究对比了在高线能量输入和低线能量输入两种焊接工艺参数下，填充物为ER4043焊丝和5A06同质金属时，4mm厚度5A06铝板TIG焊焊接接头的性能，同时研制了两种高韧性高强度的铝合金焊丝。通过金相、疲劳试验、拉伸试验、显微硬度测试、SEM、电化学方法等分析测试手段研究了焊接接头的拉伸强度、疲劳性能、耐蚀性能、断裂类型、组织和断口形貌等。主要成果如下:
　　1.研制两种新型高韧性高强度铝合金焊丝，1号焊丝:在5A06成分基础上，控制Mg含量在6.5wt％，提高Ti含量至0.15wt％，添加0.20wt％Cr，0.15wt％Zr，0.05wt％B。2号焊丝:在5A06成分基础上，控制Mg含量在5.5wt％，提高Ti含量至0.15wt％，添加0.20wt％Cr，0.15wt％Zr，0.05wt％B，0.20wt％V。
　　2.ER4043焊丝焊接接头拉伸强度平均为257MPa，延伸率为3.7％;5A06同质金属填充物焊接接头拉伸强度达到313MPa，延伸率为10.3％;1号焊丝焊接接头平均拉伸强度可达327MPa，延伸率为12％;2号焊丝焊接接头的平均拉伸强度达到341MPa，延伸率为14.9％。可见研制的焊丝在焊接接头拉伸强度方面最大提高了28MPa，延伸率提高了4.6％。
　　3.在疲劳性能方面主要对比2×106次循环次数下对应95％存活率的疲劳强度特征值。根据国际焊接协会(IIW)推荐的m=3的值保守计算焊接填充物为5A06同质金属时的焊接接头最高疲劳强度特征值为34MPa。经过焊丝成分优化设计后，1号焊丝焊接接头在2×106次循环次数下对应95％存活率的疲劳强度特征值为41MPa，2号焊丝在焊接工艺一条件下的疲劳强度特征值为44MPa，与5A06同质金属填充物相比，疲劳强度特征值分别提高了7MPa和10MPa。
　　4.5A06同质金属填充物的焊接接头焊缝中心显微硬度仅有82Hv，软化区显微硬度最低值为74Hv。1号焊丝焊接接头焊缝中心的显微硬度为86Hv左右，对应的软化区最低至为75Hv，而2号焊丝焊接接头焊缝中心的显微硬度有93Hv左右，软化区最低值为83Hv。对比5A06同质金属填充物焊接的接头，设计焊丝的焊接接头显微硬度有较明显的提高。
　　5.在0.5 MNaCl溶液中，ER4043焊丝焊接接头优于5A06焊丝焊接接头，但点蚀电位较低，其点蚀倾向较大。经过成分优化后，2号焊丝焊接接头的极化电阻值大于未优化的5A06焊丝焊接接头，其耐蚀性能有所提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 铝合金在车辆上的应用与发展

1．2．1 车辆轻量化

1．2．2 车辆轻量化的实现途径

1．2．3 车辆轻量化材料的发展

1．4 铝合金的钨极氩弧焊

1．4．1 铝合金的焊接特点

1．4．2 铝合金的焊接方法

1．4．3 铝合金的焊接缺陷

1．5 5A06铝合金介绍

1．6 国内外研究现状和发展趋势

1．7 本课题的研究意义与内容

第二章 实验材料与实验方法

2．1 技术路线

2．2 实验材料及制备

2．2．1 实验材料

2．2．2 焊丝合金的熔炼

2．2．3 焊接工艺

2．3 焊接接头接头性能分析

2．3．1 疲劳性能测试

2．3．2 抗拉强度测试

2．3．3 显微硬度测试

2．3．4 断口形貌分析

2．3．5 金相分析

2．3．6 电化学分析

第三章 ER4043与5A06同质金属填充材料焊接5A06薄板的接头组织及性能研究

3．1 焊接接头宏观形貌与焊缝金相组织

3．1．1 焊接接头的宏观形貌

3．1．2 焊缝金属的金相显微组织

3．2 焊接接头的拉伸强度分析

3．2．1 拉伸试验结果

3．2．2 拉伸断裂断口形貌

3．3 焊接接头的疲劳强度分析

3．3．1 母材的疲劳试验结果及分析

3．3．2 两种焊丝的焊接接头的疲劳试验结果及分析

3．3．3 焊接接头疲劳断裂断口形貌分析

3．4 焊接接头的显微硬度分析

3．5 焊接接头的耐蚀性分析

3．6 本章小结

第四章 高韧性高强度铝合金焊丝焊接5A06薄板的接头组织及性能研究

4．1 焊接接头的金相组织观察

4．1．1 焊接接头的宏观形貌

4．1．2 焊缝金属的金相显微组织

4．2 焊接接头的拉伸强度分析

4．2．1 拉伸试验结果

4．2．2 拉伸断裂断口形貌

4．3 焊接接头的疲劳强度分析

4．3．1 两种焊丝焊接接头的疲劳试验结果及分析

4．3．2 焊接接头疲劳断裂断口形貌分析

4．4 焊接接头的显微硬度

4．5 焊接接头的耐蚀性

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的学术论文及取得的其它研究成果