强化型铝合金电子束焊接工艺研究

强化型铝合金电子束焊接工艺研究

李洪宇刘洋

（中国航发哈尔滨东安发动机有限公司，黑龙江哈尔滨150066）

摘要：强化型铝合金在室温下具有良好的力学性能，近年来随着制造技术的不断进步，强化型铝合金在工业领域中的运用越来越广泛，对其的焊接也成为研究重点。电子束焊具有穿透能力强、焊缝深宽比大、热影响区以及焊接变形小等优点，适合于高铝合金的焊接。本文对6mm厚的强化型铝合金在电子束焊不同工艺参数下所获接头进行力学性能测试、金相组织观察，结合接头的拉伸性能、冲击性能以及金相组织，研究电子束焊接工艺参数变化对焊接接头质量的影响，达到优化电子束焊接工艺的目的，从而获得具有优良力学性能的焊接接头，进而满足实际工程结构对力学性能的高要求。

关键词：强化型铝合金；焊接；电子束

1.焊接速度的影响

1.1焊接速度对接头拉伸性能的影响

室温拉伸性能作为评价焊接接头质量最常用的性能指标之一主要包括两个方面，即强度和塑性，二者可以通过拉伸试验中的抗拉强度和伸长率来表征。为研究焊接工艺参数变化对焊接接头拉伸性能的影响，对不同焊速下所获接头进行室温拉伸试验。

首先沿垂直于焊缝方向对不同焊接速度下所获接头进行拉伸试样截取，每条焊缝在随机的区域截取三个拉伸试样，这样以同条焊缝的三个平行试样拉伸性能的平均作为焊缝的室温拉伸性能，就可以避免焊缝组织不均匀对拉伸性能的影响，从而获得更加严谨的结果。

当电子束流保持51mA不变，焊接速度从700mm/min增大到1000mm/min时，强度开始略微降低随后逐渐增大，不过随着焊接速度的进一步增大，接头的强度迅速减小。其中焊速700mm/min所获试样的平均抗拉强度为315MPa，为母材抗拉强度的75.7%；当焊速达到

800mm/min时试样的平均抗拉强度为312MPa，为母材抗拉强度的75%；焊速900mm/min所获试样的平均抗拉强度为320MPa，为母材抗拉强度的76.9%；焊速1000mm/min所获试样的平均抗拉强度为330MPa，为母材抗拉强度的79.33%，此试样的抗拉强度达到了峰值；焊速1100mm/min所获试样的平均抗拉强度为295MPa，为母材抗拉强度的71%。

当焊接速度从700mm/min增至1000mm/min时，焊接接头的伸长率曾递增趋势，不过其变化并不大，随着焊接速度的进一步增大，接头的伸长率开始迅速下降。在整个焊接速度变化过程中，伸长率随焊接速度的变化规律与抗拉强度的变化规律基本一致，在焊接速度达到1000mm/min时，伸长率达到峰值，平均值为5.9%。

1.2焊接速度对接头冲击性能的影响

接头的冲击韧性值随焊接速度的变化而产生的变化并不十分明显，但仍可以清晰地看出当焊接速度达到1000mm/min时所获接头的冲击韧性最好。该参数下所获接头的平均冲击韧性值为34.86J/cm2。分析其原因可知，在焊接过程中焊接速度为1000mm/min相对焊速为1100mm/min的热输入小，所得接头焊缝区晶粒更加细小，因此在冲击试验中，裂纹形成困难，同时形成的裂纹也难以扩展，其需要更大的冲击功才能发生断裂；同时焊接速度为

1000mm/min较焊速为900mm/min、800mm/min时所获接头具有更加均匀的焊缝区组织，使得裂纹的扩展变得更加困难，因此焊速为1000mm/min时所获接头具有最优的冲击性能。

1.3焊接速度对金相组织的影响

焊接接头的焊缝区晶粒尺寸随着焊接速度增大而减小，分析其原因可知，这是由于其它参数一定时随着焊接速度的增大，焊接过程中的热输入减少，焊接接头热循环越不明显，这便使得提供给晶粒长大的能量减小，从而使得接头焊缝区晶粒尺寸随焊速增大而减小。

随着焊接速度的进一步增大，接头焊缝区的晶粒尺寸变化并不明显，但是金相组织的不均匀性明显增大，分析其原因可知这是由于焊速的进一步增大使得电子束对熔池的搅拌作用减弱，导致其对熔池内液态金属原有对流的加强得到削弱，进而使得焊缝中心的组织不均匀性更加明显。

2.束流的影响

2.1束流对接头拉伸性能的影响

为研究束流变化对焊接接头拉伸性能的影响，对不同束流下所获接头进行室温拉伸试验。首先沿垂直于焊缝方向对不同电子束流下所获接头进行拉伸试样截取，为避免试验过程中偶然性，每条焊缝在随机区域截取三条平行试样，每条焊缝的拉伸性能为同条焊缝三条平行试样性能的平均值。

在不同束流下所获接头的抗拉性能曲线可以看出，在其它工艺参数及焊接速度保持在1000mm/min不变情况下，电子束流从45mA增大到51mA时，接头的强度逐渐增大，随着束流的进一步增大，接头的强度开始逐渐的降低。其中束流为45mA试样的平均抗拉强度为310MPa，为母材抗拉强度的74.5%；束流为48mA的试样的平均抗拉强度为318MPa，为母材抗拉强度的76.4%；束流为51mA的试样的平均抗拉强度为332MPa，为母材抗拉强度的80%，此参数下的抗拉强度达到了峰值；束流为54mA的试样的平均抗拉强度为76.6%，为母材抗拉强度的76.9%；束流为57mA的试样的平均抗拉强度为291MPa，为母材抗拉强度的70%。

不同束流下所获接头的伸长率曲线可以看出，当电子束流从45mA增大至51mA时，焊接接头的伸长率呈递增趋势，随着电子束流的进一步增大，接头的伸长率开始逐步下降。在整个电子束流变化过程中，伸长率随束流的变化规律与抗拉强度的变化规律基本一致，在束流达到51mA时，伸长率达到峰值，平均值达到6.0%。

2.2束流对接头冲击性能的影响

束流变化对接头冲击性能的影响并不大，当束流在51mA时所获接头具有最优的冲击韧性，平均冲击韧性值达到35J/cm2，分析其原因可知，束流为51mA时较束流为54mA、57mA所获的接头焊缝区组织要更加细小，结合断裂理论可知，该电子束流下所获的接头在冲击过程中裂纹形成及扩展最难；同时束流为51mA时较束流为48mA所获接头焊缝区组织更加的均匀，在应力作用下能够更加有效地抵抗裂纹的扩展，因此束流为51mA时所获接头具有最优的冲击韧性。

参考文献

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[4]柯黎明,邢丽,刘鸽平.搅拌摩擦焊工艺及其应用[J].南昌航空工程学院学报,1999,(13)3:1～4

作者简介：李洪宇（1988.02-），男，黑龙江哈尔滨市人，硕士，中国航发哈尔滨东安发动机有限公司，研究方向：焊接；

刘洋（1986.05—），男，黑龙江佳木斯市人，硕士，中国航发哈尔滨东安发动机有限公司，研究方向：焊接，机械加工。