7075与ER5356铝合金焊丝用于7075铝合金MIG焊接头性能对比研究.pdf
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1、2023年7月上 世界有色金属 145前沿技术Leading-edge technology7075与ER5356铝合金焊丝用于7075铝合金MIG焊接头性能对比研究王晨阳1,2,李小平1,2*,刘骁1,2,王壮壮1,2(1.江苏理工学院,江苏 常州 2 1 3 0 0 1;2.江苏省先进材料设计与增材制造重点实验室,江苏 常州 2 1 3 0 0 1)摘 要:采用MI G焊的方式使用自制7 0 7 5 铝合金焊丝与市面购进的E R5 3 5 6 焊丝进行3 mm厚7 0 7 5 铝合金对接焊,对比分析两种焊丝焊接接头的显微组织与力学性能。经过光学显微镜(OM)、X射线衍射(X RD)、扫描电
2、镜(S E M)与能谱仪(E D S)结合室温拉伸与显微硬度测试,结果表明:两种接头焊缝组织均为枝晶网状组织,但由于合金元素含量与热导量增大,7 0 7 5 接头焊缝组织相对细小且枝晶特征更为明显。S E M和X RD检测分析得出,由于焊接时金属流动作用将部分母材合金元素带至焊缝,两者焊缝析出相均主要为相(Mg Z n2)、S 相(C u Mg A l2)或T相(A l Z n Mg C u),同时存在A l1 3F e4金属化合物。7 0 7 5 焊缝平均硬度为1 2 0 HV,相较于5 3 5 6 焊缝更为优异;两者拉伸力学性能较为接近,断裂机制相同。关键词:7 0 7 5 焊丝;高强铝合
3、金MI G焊;焊缝组织;力学性能中图分类号:T G 4 4 4+.2 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 2-5 0 6 5(2 0 2 3)1 3-0 1 4 5-37075 and ER5356 aluminum alloy wire for MIG welding of 7075 aluminum alloy Comparative study of joint performanceWANGChen-yang1,2,LIXiao-ping1,2*,LIUXiao1,2,WANGZhuang-zhuang1,2(1.J i a n g s u Un i v e r s i t y o
4、f T e c h n o l o g y,C h a n g z h o u 2 1 3 0 0 1,C h i n a;2.J i a n g s u K e y L a b o r a t o r y o f A d v a n c e d Ma t e r i a l s D e s i g n a n d A d d i t i v e Ma n u f a c t u r i n g,C h a n g z h o u 2 1 3 0 0 1,C h i n a)Abstract:Us i n g t h e me t h o d o f MI G w e l d i n g,t
5、h e s e l f-ma d e 7 0 7 5 a l u mi n u m a l l o y w e l d i n g w i r e a n d t h e c o mme r c i a l l y a v a i l a b l e E R5 3 5 6 w e l d i n g w i r e w e r e u s e d f o r 3 mm t h i c k 7 0 7 5 a l u mi n u m a l l o y b u t t w e l d i n g.T h e mi c r o s t r u c t u r e a n d me c h a n
6、 i c a l p r o p e r t i e s o f t h e w e l d e d j o i n t s o f t h e t w o w e l d i n g w i r e s w e r e c o mp a r e d a n d a n a l y z e d.T h r o u g h o p t i c a l mi c r o s c o p e (OM),X-r a y d i f f r a c t i o n (X RD),s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p e (S E M)a n d
7、 e n e r g y d i s p e r s i v e s p e c t r o me t e r (E D S)c o mb i n e d w i t h r o o m t e mp e r a t u r e t e n s i l e a n d mi c r o h a r d n e s s t e s t r e s u l t s,t h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e w e l d s t r u c t u r e o f b o t h j o i n t s i s d e n d r i t i c n e
8、t w o r k Ho w e v e r,d u e t o t h e i n c r e a s e o f a l l o y i n g e l e me n t c o n t e n t a n d t h e r ma l c o n d u c t i v i t y,t h e w e l d mi c r o s t r u c t u r e o f 7 0 7 5 j o i n t i s r e l a t i v e l y f i n e a n d t h e d e n d r i t e c h a r a c t e r i s t i c s a
9、r e mo r e o b v i o u s.S E M a n d X RD a n a l y s i s s h o w e d t h a t d u e t o t h e me t a l f l o w d u r i n g w e l d i n g,p a r t o f t h e b a s e me t a l a l l o y e l e me n t s w e r e b r o u g h t t o t h e w e l d,a n d t h e p r e c i p i t a t i o n p h a s e s o f t h e t w
10、 o w e l d s w e r e ma i n l y p h a s e (Mg Z n2),S p h a s e (C u Mg A l2)o r T p h a s e (A l Z n Mg C u),w i t h t h e p r e s e n c e o f A l1 3F e4 me t a l c o mp o u n d s.T h e a v e r a g e h a r d n e s s o f t h e 7 0 7 5 w e l d i s 1 2 0 HV,w h i c h i s b e t t e r t h a n t h a t o
11、f t h e 5 3 5 6 w e l d;t h e t e n s i l e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e t w o a r e s i mi l a r,a n d t h e f r a c t u r e me c h a n i s m i s t h e s a me.Keywords:7 0 7 5 w e l d i n g w i r e;MI G w e l d i n g o f h i g h-s t r e n g t h a l u mi n u m a l l o y s;w e l d
12、 mi c r o s t r u c t u r e;me c h a n i c a l p r o p e r t i e s收稿日期:2 0 2 3-0 4基金项目:江苏省研究生科研与实践创新计划项目(S J C X 2 1 _ 1 3 1 7)。作者简介:王晨阳,男,生于1 9 9 9 年,江苏扬州人,硕士,研究方向:7 系铝合金增材制造。7075铝合金属于7xxx铝合金中Al-Zn-Mg-Cu系可热处理强化铝合金,具有比强度高、加工性能好、断裂韧性高等优点,被广泛应用于航空航天、军工国防、轨道交通、造船等领域1,2。由于7075铝合金是一种沉淀硬化合金,难以通过传统拉拔方式批量制造
13、焊丝,长久以来只能选择使用ER5356等5xxx焊丝进行高强铝合金的焊接工作,接头的软化与焊缝处力学性能陡降成为制约高强铝合金焊接应用的瓶颈问题3,4。根据焊材选用等强度原则,又由于7xxx铝合金可以按照一定顺序析出第二相对基体起到强化作用5,同时使用7xxx铝合金焊丝焊接后可以通过热处理的方式强化接头力学性能6,可以看出7xxx铝合金焊丝非常适合7075的焊接工作。Oropeza D等人使用自制的碳化钛强化7075焊丝TIG焊接7075铝合金,接头热处理后强度最高可达母材强度的84%7,Zhang K等人使用自制7075焊丝,采用TIG焊对5mm厚7075-T6铝合金进行焊接之后对接头进行热
14、处理,得到抗拉强度424.5MPa、伸长率9.83%的焊接头8。因此本文分别使用自制喷射成形坯料后经拉拔成形的7075铝合金焊丝与市场购买的ER5356焊丝,采用MIG焊进行3mm厚7075高强铝合金的对接焊工艺实验,得到分别使用两种焊丝时力学性能最优的接头。对两种焊丝接头进行金相组织、析出相与力学性能的对比分析,以评估本文新工艺生产的7075焊丝用于7075铝合金焊接的可行性,为7系高强铝合金焊接丝材的选择提供新选择与思路。1 实验材料和方法母 材 选 用 尺 寸 为 3mm150mm75mm 的 7075 高强铝合金试板,抗拉强度545MPa,屈服强度475MPa,延伸率8%。焊材分别采用
15、喷射成形坯料再经拉拔成形的自制7075铝合金焊丝与市面购买的ER5356焊丝,直径为1.2mm。母材与焊丝化学成分如表1所示。焊机使用Hanshen公司生产的MIG WSME315数字化交直流方波氩弧焊机,保护气为99.99%纯氩,无坡口,保护气流量20L/min,为了提高焊缝冷却速率以达到细化晶世界有色金属2023年7月上146前沿技术Leading-edge technology粒的目的,采用厚铜板通水冷却作为焊缝底部垫板。通过改变电流与焊接速度,对两种焊丝分别展开焊接工艺试验,参照国标GB/T228-2002截取试样进行室温拉伸试验,每个参数测试6个平行试样后取平均值。工 艺 试 验 结
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