ＮＯＮＦＥＲＲＯＵＳ ＭＥＴＡＬＳＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ
有色金属加工
Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０２０
Ｖｏｌ４９ Ｎｏ１
ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７１－６７９５.２０２０.０１.００８
装甲车用７Ａ５２铝合金焊接性研究
康 铭ꎬ沈其明ꎬ徐玉君ꎬ田春雨ꎬ杨振东
(辽宁忠旺集团有限公司ꎬ辽宁辽阳１１１００３)
摘 要:针对兵器工业用７Ａ５２铝合金ꎬ从焊接工艺参数、焊后无损检测ꎬ以及破坏性实验力学性能、弯曲性能、宏观检测、焊接接头显微硬度等方面进行试验研究ꎮ结果表明ꎬ７Ａ５２铝合金焊接性能良好ꎬ接头拉伸、弯曲性能较好ꎬ抗拉强度达到２７４.８ＭＰａꎬ接头硬度曲线分布表明强度最低区域为焊缝ꎮ关键词:７Ａ５２铝合金ꎻ焊接工艺参数ꎻ性能ꎻ表面质量ꎻ显微硬度
中图分类号:ＴＧ４５７.１４ 文献标识码:Ａ 文章编号:１６７１－６７９５(２０２０)０１－００３１－０４
２０世纪８０年代初ꎬ东北轻铝合金加工厂研制开发了７Ａ５２铝合金ꎬ该合金属于Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ系可热处理强化高强度铝合金ꎮ具有较高的比强度、较好的断裂韧性和抗低周疲劳性能ꎬ是兵器工业唯一列入国内军标的高强可焊铝合金[１]ꎮ该合金作为炮架和装甲结构件ꎬ被广泛应用于兵器工业领域ꎮ但由于７ｘｘｘ系铝合金的焊接性相对较差ꎬ热裂纹倾向大ꎬ对此类铝合金焊接研究较少ꎬ因此本文主要对其焊接性及其力学性能进行试验研究ꎮ
１.１ 试验材料
能检测ꎬ母材屈服强度为４２４ＭＰａ~４５２ＭＰａꎬ抗拉强度为４６９ＭＰａ~４９７ＭＰａꎬ延伸率为１２％~１４.７％ꎬ７Ａ５２铝合金化学成分见表１ꎮ试验采用ＥＲ５３５６(ＥＳＡＢ)焊丝００４ꎬＭｎ０.１６ꎬＣｒ０.０７ꎬＣｕ<０.０１ꎬＴｉ０.０７ꎬＡｌ９４.０ꎬＦｅ焊接保护气体ꎮ
作为焊缝填充金属ꎬ焊丝成分(质量分数ꎬ％)为ꎬＳｉ
３ｍｍ板材ꎬ方管若干ꎬ按照ＩＳＯ４１３６对其进行力学性
试验材料为７Ａ５２－Ｔ６铝合金ꎬ３００ｍｍ×１５０ｍｍ×
１ 试验材料及方法
０１１ꎬＭｇ５.１０ꎬＺｎ<０.０１ꎻ三元混合气(Ａｒ＋Ｈｅ＋Ｎ２)作为
表１ ７Ａ５２铝合金化学成分(ｗｔ.％)
Ｔａｂ.１ Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆ７Ａ５２ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ(ｗｔ.％)
元素标准１＃２＃
Ｓｉ≤０.２５０.０４０.０３
Ｆｅ≤０.３００.０４０.０４
Ｃｕ０.０５~０.２００.０６０.０９
Ｍｎ０.２０~０.５００.２７０.２７
Ｍｇ２.０~２.８２.７２.７
Ｃｒ０.１５~０.２５０.１３０.１１
Ｚｎ４.０~４.８４.１４.６
Ｔｉ０.０５~０.１８０.０６０.０５
Ｚｒ０.０５~０.１５０.０８０.０７
１.２ 试验方法
现有２０００ｍｍ×１５０ｍｍ×３ｍｍ规格的７Ａ５２铝合金
板材３块ꎬ２０００ｍｍ×５０ｍｍ×３０ｍｍ×５ｍｍ规格的７Ａ５２型材１根ꎮ根据现有板材ꎬ分别采用梯度式焊接工艺参数对板对接、Ｔ型接头(不开坡口)、管板(不开坡口)、９０°支管焊接接头类型进行焊接ꎬ并在焊后研究其外观形貌ꎬ同时进行无损检测及破坏性检验ꎻ其中
收稿日期:２０１９－０３－１８
４１３６方法执行ꎬ弯曲试验按ＩＳＯ５１７３方法执行ꎬ宏观检测按ＩＳＯ１７６３９方法执行ꎬ显微硬度按ＩＳＯ９０１５方法执行ꎮ
射线检测按ＩＳＯ１７６３６方法执行ꎬ拉伸试验按ＩＳＯ
２ 试验结果及分析
试验采用阶梯式焊接工艺参数(表２)进行焊接ꎮ
作者简介:康铭(１９９０－)ꎬ男ꎬ工程师ꎬ主要从事铝合金新型连接技术研发工作ꎮ
３２
有色金属加工
表２ ７Ａ５２铝合金焊接试验焊接工艺参数
Ｔａｂ.２ Ｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆ７Ａ５２ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｗｅｌｄｉｎｇｔｅｓｔ
第４９卷
焊接接头类型试板编号ＤＪ－１
焊接电流/Ａ
７８７８１１２１１０１４５１４３１４０１４３１５５１５６８０
焊接电压/Ｖ
１７.５１７.４１７.６１８.５１８.５２０.３１９.９１９.７１９.９２１.７２１.７
焊接速度/(ｍｍ/ｍｉｎ)
３３０４０９５０７４００３９３４４４５０９３６７３３３４８３４９５
气体流量/(Ｌ/ｍｉｎ)
２５２５２５２５２５２５２５２５２５２５２５
弧长修正
０００００００００００
板对接
ＤＪ－２ＤＪ－３Ｔ－１Ｔ－２
Ｔ型接头
ＧＢ－１
管板
ＧＢ－２ＧＢ－３ＧＢ－４
９０°支管
ＺＧ－１ＺＧ－２
２.１ 焊接接头无损检测
通过目视检测ꎬ７Ａ５２铝合金各种接头类型焊缝
表面成型良好ꎬ产生飞溅较小、熔合情况良好、无气
１７６３６方法对对接焊缝进行射线检测ꎬ表明各种类型焊接接头检测无缺陷ꎬ检测结果见图２ꎮ
孔、裂纹等焊接缺陷ꎬ焊缝表面状态见图１ꎮ按照ＩＳＯ
(ａ)板对接ꎻ(ｂ)Ｔ型接头ꎻ(ｃ)管板ꎻ(ｄ)９０°支管
图１ 焊缝外观
Ｆｉｇ.１ Ｗｅｌｄａｐｐｅａｒａｎｃｅ
２.２ 焊接接头力学性能
２００１进行板对接接头横向拉伸试验ꎮ结果表明ꎬ７Ａ５２铝合金焊接接头的拉伸性能良好ꎬ其抗拉强度平均达到２７４.８ＭＰａꎬ焊接系数约为０.５８ꎮ因焊材与母材为低强度匹配关系ꎬ且强度差异大ꎬ所以试样断裂位置均为焊缝区ꎮ７Ａ５２铝合金焊接接头的拉伸性能实际为焊缝性能ꎮ试验结果见表３ꎮ
图２ 射线检测结果Ｆｉｇ.２ Ｇａｍｍａ－ｒａｙｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ
对接试件ＤＪ－１＃、ＤＪ－３＃按照标准ＩＳＯ４１３６∶
第１期
表３ ７Ａ５２铝合金对接接头试板拉伸试验数据
有色金属加工
缺陷ꎬ表明对接试件弯曲性能良好ꎬ检测结果合格ꎮ
３３
Ｔａｂ.３ Ｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔｄａｔａｏｆ７Ａ５２ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｂｕｔｔｊｏｉｎｔｔｅｓｔｐｌａｔｅ
试样编号ＤＪ－１－１ＤＪ－１－２ＤＪ－１－２ＤＪ－３－１ＤＪ－３－２均值
接头抗拉强度Ｒｍ/ＭＰａ２８４２７２２６８２８７２６３２７４.８
实际接头效率系数Ｒｍ(ｗ)/Ｒｍ(ｓ)
０.６００.５８０.５７０.６１０.５６０.５８
接头断裂位置焊缝焊缝焊缝焊缝焊缝－
１１ｍｍꎬ检测试样见图３ꎬ正弯和背弯均未出现裂纹等２.４ 焊接接头宏观检测
对各焊接试件焊缝断面按照标准ＩＳＯ１７６３９进行
焊接接头宏观检测ꎬ结果如图４所示ꎬ各焊接接头检２.５ 焊接接头显微硬度检测测结果均满足ＩＳＯ１００４２Ｂ级要求ꎮ
对对接试件ＤＪ－１＃、Ｔ型接头Ｔ－１＃按照标准ＩＳＯ
９０１５－２进行显微硬度(ＨＶ２)测量[３]ꎮ两种接头显微６所示ꎻ可以看出ꎬ对接试件ＤＪ－１＃、Ｔ型接头Ｔ－１＃硬区及母材ꎬ对接试件ＤＪ－１＃硬度分布规律恰好对拉伸试件断裂在焊缝区进行了验证ꎮ
硬度点分布图如图５所示ꎬ显微硬度分布折线图如图度值分布规律相同ꎬ焊缝区域硬度值明显低于热影响
２.３ 焊接接头弯曲性能试验
[２]
对接试件按照标准ＩＳＯ５１７３进行焊接接头弯曲ꎬ其中正弯和背弯弯曲角度为１８０°ꎬ弯曲半径
ａ)正弯试件
图３ ７Ａ５２合金对接试件弯曲试样
ｂ)背弯试件
Ｆｉｇ.３ Ｂｅｎｄｉｎｇｓｐｅｃｉｍｅｎｏｆ７Ａ５２ａｌｌｏｙｂｕｔｔｔｅｓｔｓｐｅｃｉｍｅｎ
(ａ)板对接ꎻ(ｂ)Ｔ型接头ꎻ(ｃ)管板ꎻ(ｄ)９０°支管
图４ 宏观检测试样
Ｆｉｇ.４ Ｍａｃｒｏｔｅｓｔｓａｍｐｌｅ
３４
有色金属加工
第４９卷
(ａ)板对接
图５ 显微硬度点分布示意图
(ｂ)Ｔ型接头
Ｆｉｇ.５ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｐｏｉｎｔｓ
(ｂ)板对接 (ｂ)Ｔ型接头
图６ 显微硬度分布折线图
Ｆｉｇ.６ Ｂｒｏｋｅｎｌｉｎｅｄｉａｇｒａｍｏｆｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
３ 结论
明焊缝区为焊接接头最薄弱区域ꎬ与拉伸试验试件断裂位置相符合ꎮ
(５)试验结果表明７Ａ５２铝合金焊接性能良好ꎮ
参考文献
[１]王立楠.７Ａ５２铝合金ＭＩＧ焊接力学性能及腐蚀行为研究[Ｄ].长春
工业大学ꎬ２０１７.－１３３.
[２]方家芳.７Ａ５２铝合金组织与性能的研究[Ｄ].中南大学ꎬ２００６ꎬ１３０[３]姚毅中ꎬ陈小青.铝及铝合金在航空航天及军工工业中的应用[Ｊ].
铝加工ꎬ１９９３(２):１３－１８.
溅较小ꎬ无咬边、气孔、裂纹等焊接缺陷ꎮ
(１)７Ａ５２铝合金在焊接后表面成型良好ꎬ产生飞(２)７Ａ５２铝合金焊接接头抗拉强度达到２７４.８
ＭＰａꎬ接头系数０.５８ꎮ因焊材与母材为低强度匹配关系ꎬ试样断裂位置均为焊缝区ꎬ接头的抗拉强度实际为焊缝强度ꎮ
(３)７Ａ５２铝合金焊接接头的弯曲性能良好ꎬ没有(４)７Ａ５２铝合金焊接接头焊缝区硬度值最低ꎬ表
出现裂纹等缺陷ꎮ
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＷｅｌｄａｂｉｌｉｔｙｏｆ７Ａ５２ＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｙｆｏｒＡｒｍｏｒｅｄＶｅｈｉｃｌｅ
ＫａｎｇＭｉｎｇꎬＳｈｅｎＱｉｍｉｎｇꎬＸｕＹｕｊｕｎꎬＴｉａｎＣｈｕｎｙｕꎬＹａｎｇＺｈｅｎｄｏｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｆｏｒ７Ａ５２ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｏｒｄｎａｎｃｅｉｎｄｕｓｔｒｙꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓꎬｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｅｓｔｉｎｇａｆｔｅｒｗｅｌｄｉｎｇꎬｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓꎬｂｅｎｄｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓꎬｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎꎬｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｏｆｗｅｌｄｅｄｊｏｉｎｔｓａｎｄｓｏｏｎ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ７Ａ５２ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｈａｓｇｏｏｄｗｅｌｄｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅꎬｇｏｏｄｊｏｉｎｔｔｅｎｓｉｌｅａｎｄｂｅｎｄｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅꎬａｎｄｉｔｓｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｒｅａｃｈｅｓ２７４.８ＭＰａꎬｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｊｏｉｎｔｈａｒｄｎｅｓｓｃｕｒｖｅｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｌｏｗｅｓｔｓｔｒｅｎｇｔｈｚｏｎｅｉｓｔｈｅｗｅｌｄ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:７Ａ５２ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙꎻｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓꎻｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅꎻｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙꎻｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ
(ＬｉａｏｎｉｎｇＺｈｏｎｇｗａｎｇＧｒｏｕｐＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＬｉａｏｙａｎｇ１１１００３ꎬＣｈｉｎａ)
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