解析2219铝合金tig焊接头残余应力分布

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1、学兔兔www.xuetutu.com俘掳生产应用2219铝合金TIG焊接头残余应力分布天津航天长征火箭制造有限公司(300462)李庆庆宋建岭彭江涛肖宏耿玉龙摘要利用钨极氩弧焊获得了2219铝合金焊接接头，分析了接头力学性能和微观组织。采用x射线衍射法对2219铝合金TIG焊接头进行表面残余应力测试，获得了焊接接头表面残余应力分布，并对2219铝合金焊接接头表面残余应力分布的规律进行了分析。结果表明，该工艺条件下接头力学性能稳定。接头纵截面上存在横向应力及纵向应力稳定区，最大横向拉应力和压应力分别为55MPa和114MPa，分别位于焊

2、缝中部和起弧点；最大纵向拉应力为165MPa，位于焊缝中部热影响区。接头横截面上，仅在焊缝及靠近焊缝区域存在纵向拉应力，远离焊缝的区域处于压应力状态。关键词：铝合金焊接残余应力中图分类号：TG442面间距随方位的变化率与作用应力之间存在一定的函0前言数关系，残余应力的测试正是通过建立应力与空间某2219铝合金具有良好的焊接性和高低温力学性方位上的应变之间的关系来完成的，式(1)为应力计算能，断裂韧度高且抗应力腐蚀性能好，是大型运载火箭公式J：贮箱结构制造的理想材料¨J。·M=一cot赤(1)钨极氩弧焊(TIG)作为贮箱焊接中广泛应用的

3、一种熔焊方法，焊接过程中不均匀的温度分布、焊缝其中，K为x射线应力常数，取决于测试晶面{hkl}的金属热胀冷缩及相变等因素必然导致焊接残余应力弹性模量、泊松比和衍射角0。；为在不同方向的产生。残余应力的存在直接影响铝合金焊接结构测定的衍射角2与sin直线的斜率。件的力学性能、疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳试样表面法线定性与使用寿命。J，因此研究2219铝合金TIG焊十入射线接头的残余应力分布对指导工程应用具有重要意义。残余应力的测试方法主要分为有损检测和无损检测两大类。无损检测的方法主要有x射线衍射法、中子衍射法、磁性法和超声波法。

4、其中，x射线衍射法因其理论推导严谨，测试结果可靠，已被广泛应用于科学研究和工业生产的各个领域中4J。文中采用x射线衍射法对2219铝合金TIG焊接头表面残余应力进行测试，并分析其分布规律。图1X射线应力测试原理示意图1X射线应力测试原理与方法2试样焊接及接头应力测试图1为x射线原理图。当多晶体材料受到宏观应2．1试样焊接力时，不同晶粒的同族晶面间距随晶面方位及应力大采用尺寸为300mmx150mmX6mm的2219铝合小发生规律性的变化。面间距相对于无应力时的变金板材，材料状态为C10S，常温力学性能见表1。2219化，反映了在应力作

5、用下面法线方向上的弹性应变。铝合金化学成分见表2。焊缝长300mm，I形坡口，选用直径为1．6mm的2325焊丝。焊前采用化学清理方法去收稿日期：2015—06—21除试片表面油污和机械方法去除待焊部位表面氧化层。542016年第1期学兔兔www.xuetutu.com俘掳表12219铝合金板材常温力学性能试验采用低频脉冲氩弧焊，焊接过程为自动焊，单面焊双面成形。试板正面由夹具压紧保证间隙小于0．5mm、错缝小于0．5mm。主要焊接参数选用见表3。其他焊接参数为：焊接速度8m／h、保护气体氩气12]J'min和氦气3[Jmin、弧压1

6、7V、变极性频率65Hz、脉表22219铝合金化学成分(质量分数，％)表3焊接参数表面法线之间的夹角)，通过改变射线入射方向与试样法线之间夹角测量不同倾角的晶面间距。选择铝合金{311}晶面作为测试晶面，被测晶面及相关计算参数见表4。选用cr靶K射线，位置-I-28。，±20．5。，±16．21。，±8．71。，±0．31。，0。。选用2冲频率1Hz。mm直径的光栅、计数时间选2s、计数次数选10次，摇2．2焊接接头x射线应力测试方案摆角选3。。确定衍射峰位置后通过最小二乘法的椭圆测试方法为双探测器固定法(。为射线与试样拟合确定2—s

7、in斜率。表4晶面及相关计算参数。接头表面测点分布在A—A，B—B两条纵截面表面应力测试结束后，对焊接接头沿焊接方向取6以及C—C，D—D两条横截面上。A—A纵截面为组试样进行常温力学性能测试，并制备金相试样以观焊缝中心纵截面，B—B纵截面距A—A截面20察焊缝组织。mill。两条横截面距中间横截面距离分别为0mm，3试验结果分析30mm。A—A截面上有17个测点，测试起点和终点距起熄弧点20mm，测点间距为15mm。B—B截3．1接头力学性能测试结果面与A—A截面相同。c—C，D—D截面上均为1O焊接接头正面成形良好，无表面缺陷，背

8、部焊个测点，测点距焊缝中心截面距离依次为0mm，12漏均匀一致。焊缝经x射线探伤检测，内部无气inm，17mm，27mm，剩余测点之间间距15mm。具孔夹杂等缺陷。表5为接头沿焊缝方向常温力学体分布如图2所示。性能。由沿