2219铝合金fsw-vppa交叉焊缝组织性能研究

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1、NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialScienceandTechnologyResearchonMicrostructureandMechanicalPropertiesofIntersectionWeldof2219AluminumbyFSW-VPPAWeldingAThesisinMaterialsProcessingEngineeringByZhangHaiAdvisedbyProfessorLiuRenpeiSubmittedinPartialFulfil

2、lmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2012承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要22

3、19铝合金因具有优良的力学性能及其焊接性能，现已被确定为新一代运载火箭推进剂贮箱结构材料。目前在贮箱焊接生产中，筒段纵缝采用搅拌摩擦焊（FSW）、总对接环缝采用变极性等离子弧焊（VPPA），因此结构上必然会出现FSW与VPPA焊缝的交叉。由于先后经历两次焊接热循环，该交叉接头的组织、性能会发生复杂变化，因此本文就2219铝合金FSW与VPPA交叉接头组织性能展开深入研究，对提高贮箱焊接可靠性具有重要意义。本文针对贮箱的实际焊接要求，以6mm板厚的2219铝合金为母材，沿着相互垂直的方向先后进行FSW和VPPA，形成FSW-VPPA交叉接头，从接头微观组织、力学性能、气孔缺陷等角度进行

4、分析，其中特别关注了交叉接头气孔问题，总结了气孔形貌及分布特征，重点分析了气孔的形成原因，并在此基础上提出了交叉接头气孔缺陷的改善方案。组织分析结果表明，交叉焊缝的焊缝区晶粒尺寸大小不一，柱状、等轴状形态的晶粒交混分布，焊缝边缘出现了狭长的等轴状细晶区。相比于单一VPPA焊缝，交叉焊缝微观组织呈现不对称、不均匀的特征。力学性能测试结果表明，交叉接头的硬度分布规律与单一VPPA接头相似，但交叉焊缝较单一VPPA焊缝相应位置的硬度值均有所降低。FSW焊缝金属引起的交叉焊缝VPPA熔合区附近气孔发生率增加致使沿FSW方向的抗拉强度和延伸率相对较低，VPPA熔合区为交叉接头的最薄弱环节；交叉

5、接头抗拉强度及延伸率均低于单一VPPA接头。焊缝气孔缺陷研究表明，在FSW焊缝基础上进行VPPA交叉焊接，所得交叉焊缝中存在“熔合区球状气孔”和“近熔合区的热影响区拉长条状气孔”两种气孔缺陷，并多以熔合区气孔为主。母材表层未清理完全的氧化膜和FSW焊接过程引起的焊缝金属含氢量增加是交叉焊缝气孔缺陷形成的主要原因。在此分析基础上，本文采用“FSW焊前进行TIG预熔焊”、“直接对FSW待焊区域进行Ar气氛保护”等方法可以有效地减少交叉焊缝气孔缺陷。关键词：搅拌摩擦焊，变极性等离子弧焊，交叉焊缝，微观组织，力学性能，气孔缺陷I2219铝合金FSW-VPPA交叉接头性能研究ABSTRACT2

6、219aluinumisconfirmedtothestructuralmaterialofpropellanttankofnewgenerationlaunchvehicle,becauseofitsexcellentmechanicpropertiesandweldability.Underthecurrentweldingmanufacture,therewillinevitablybeFSW-VPPAintersectionweldintheweldingstructure,ducetolongitudinaljointbyfrictionstirwelding(FSW)an

7、dammulargapbyvariableplarityplasmaarc(VPPA).Themicrostructureandmechanicproperty,experiencedsuccessivelytwothermalcycling,willchangecomplicatedly.Soreseachontheintersectionweldisofsignificanceforimprovingthetankjointreliability.In