摆动焊接对异种热处理状态铝合金焊

一、研究背景

新一代运载火箭贮箱是由箱底、叉形环和中间筒段的焊接组装而成，叉形环通常采用-CYS态铝合金（固溶处理+冷锻+人工时效），而中间筒段则采用-C10S态铝合金（固溶处理+10%冷变形+人工时效）。

国内外的研究主要集中在厚板钢材和同种热处理状态的中薄板铝合金，针对异种热处理状态铝合金厚板的摆动TIG焊接研究较少。

二、研究过程

天津航天长征火箭制造有限公司蒙丹阳等人以C10S+CYS异种热处理状态铝合金厚板摆动TIG焊接接头为研究对象，研究摆动TIG对接头组织和性能的影响。团队选取Al-Cu系高强度铝合金试片，厚度为10mm，热处理状态分别为C10S状态和CYS状态，采用牌号的Φ1.6mm光亮焊丝，保护气为高纯氦气和氩气。

采用无坡口对接接头形式进行TIG焊。分别采用两种自动焊接工艺，一类采用常规焊接工艺，即直流氦弧打底焊+交流氩弧盖面焊；另一类采用摆动焊接焊接工艺，即在常规焊接工艺的基础上增加一层摆动盖面焊，摆动幅值8mm，摆动周期0.2s，并在摆动并在摆动盖面前将焊枪中心略偏向CYS侧（约3mm）。

摆动焊接接头焊缝宽度宽于常规接头，约25%，盖面焊缝略偏向CYS侧，一般而言焊缝宽度增大有利于接头拉伸性能提升。

对于异种热处理状态铝合金接头，摆动焊接接头力学性能优于常规焊接接头力学性能，断后伸长率提高幅度要明显高于抗拉强度提高幅度，接头力学性能满足结构设计要求。

常规接头拉伸启裂前的最大应变沿着对角线分布，而摆动接头启裂前的最大应变分布呈近似W型；同时可以看到，断裂前的摆动接头的侧面应变值要大于常规接头，说明摆动接头的力学性能要优于常规接头，与前面得到的力学性能结果规律一致。

摆动接头的PMZ、OAZ中第二相数量略有降低，且第二相的尺寸相对细小，HAZ中的差异不大。由于接头一般沿CYS侧PMZ区域断裂，故该区域性能对接头力学性能有重要影响，常规接头PMZ区域第二相的尺寸相对较大且部分连续，对接头力学性能不利；而摆动焊接头PMZ区域连续第二相的数量及尺寸均有所降低，对接头力学性能的提高有益。

相较常规接头断口，摆动焊接头的启裂区断口中韧窝的数量较多，且韧窝的深度较深，说明断裂前接头启裂区经历了大量的变形，反应出摆动焊接头的塑性要优于常规接头。

三、结论

(1)针对10mm厚铝合金C10S+CYS异种热处理状态接头，摆动焊接工艺接头其平均抗拉强度较常规焊接工艺接头提高约4.4%，断后伸长率较常规接头提高约35.6%。(2)两类接头最终启裂于CYS侧的焊趾处，说明CYS侧焊趾处力学性能弱于C10S侧，常规接头拉伸启裂前的最大应变沿着对角线分布，而摆动接头启裂前的最大应变呈近似W型分布。(3)两类接头打底焊缝中的共晶相θ较细小、致密，盖面焊缝中的共晶相θ较为粗大、稀疏，摆动接头CYS侧的PMZ、OAZ中连续第二相的数量及尺寸有所降低。(4)常规接头启裂区的断口具有沿晶断裂特征，摆动焊接头启裂区断口呈韧性为主的混合型断裂特征，存在许多大小不一的撕裂棱和韧窝。

蒙丹阳,王惠苗,丁吉坤,张登魁,刘飞,摆动焊接对异种热处理状态铝合金焊接接头性能的影响,宇航材料工艺,,2,62-67.