5083铝合金熔化焊工艺及性能评价研究

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随着海洋工业的不断进步,远洋运输逐渐朝着绿色、高效和低成本的方向发展,这就对船体材料的轻量化和耐腐蚀性提出了更高的要求。5083铝合金由于具有较高的比强度、良好的低温韧性和优异的耐腐蚀性而成为现代船舶最理想的结构材料。船舶工业中,不同铝合金构件之间的连接离不开焊接技术。其中MIG和TIG焊接具有工艺简单、经济性好、可重复性高、接头稳定性好等优点,在造船业中被广泛应用。因此,研究5083铝合金TIG和MIG焊接工艺特点,对提升接头的综合性能、增强使用过程中的稳定性至关重要。本文选用ER5183铝合金焊丝,分别使用MIG和TIG焊对6 mm厚的5083-H111铝合金热轧板进行焊接。研究了接头的宏观形貌和力学性能随工艺参数的变化规律,分析了接头不同区域的微观组织和元素分布对力学性能和腐蚀性能的影响,建立了工艺参数、微观组织、力学性能和腐蚀性能之间的联系。主要研究结果如下:5083-H111铝合金MIG焊接实验结果显示,所有参数得到的焊接接头表面成形良好,无明显缺陷。接头不同位置的显微组织有明显差异,母材主要为拉长的变形晶粒,其上分布有沿轧制方向排列的第二相;热影响区发生完全再结晶,形成粗大的等轴晶,第二相为粗大的片状颗粒;焊缝区由边缘处的柱状晶和内部的等轴晶构成,沿晶界弥散分布有细小的第二相。母材和热影响区中Fe和Mn偏聚现象较为严重,形成Al-Fe-Mn型第二相;焊缝区Mg主要分布在晶界处,与Al形成?相(Al3Mg2)。MIG焊接接头的最大抗拉强度为307 MPa,达到母材强度的96%,拉伸后断裂于热影响区。接头正弯和背弯的弯曲角度均能达到180o而不产生宏观裂纹。接头横截面的硬度沿焊缝对称分布,且随着送丝速度的增加接头软化加剧,硬度值整体呈降低趋势。整个接头中母材的耐腐蚀性最好,热影响区次之,焊缝区的耐蚀性最差。5083-H111铝合金TIG焊接实验结果显示,采用单面两道焊能够实现焊接接头的全熔透,焊缝表面成形较好。保持焊接速度不变,增大焊接电流,焊缝宽度随之增加。与MIG焊相比,TIG焊接头中的气孔数量较少,主要分布在两层焊道的交界处。当焊接电流为230 A时,焊缝熔宽均匀,接头成形最好,抗拉强度为313 MPa;并且所有参数下TIG焊接接头的强度均高于MIG焊接接头的最大抗拉强度。TIG焊接接头不同区域的微观组织与MIG焊基本相同,热影响区中主要的第二相为片状Al6(Fe,Mn)相,焊缝区为细小的?相。因此,所有试样拉伸后均断裂在热影响区,为韧性断裂。接头同样具有良好的弯曲韧性,正弯和背弯均能达到180o。随着焊接电流的增加,接头硬度值整体降低。接头中的焊缝区耐蚀性最差,母材耐蚀性最好。
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