2A12厚板铝合金电子束焊接接头性能及变形控制研究

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1、硕士学位论文2A12厚板铝合金电子束焊接接头性能及变形控制研究RESEARCHONTHEPROPERTIESANDDEFORMATIONCONTROLOFTHICK2A12ALUMINUMALLOYELECTRONBEAMWELDEDJOINTS柳峻鹏哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG456.3学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工程硕士学位论文2A12厚板铝合金电子束焊接接头性能及变形控制研究硕士研究生：柳峻鹏导师：陈国庆副教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：20

2、18年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:456.3U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEPROPERTIESANDDEFORMATIONCONTROLOFTHICK2A12ALUMINUMALLOYELECTRONBEAMWELDEDJOINTSCandidate：LiuJunpengSupervisor：Asso.Prof.ChenGuoqingAcademicDegreeAppliedfor：Masterof

3、EngineeringSpeciality：MaterialsEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要2A12铝合金是我国使用最广泛的铝合金之一。2A12高强铝合金质轻，具有良好的耐蚀性、较高的比强度和比刚度、良好的导电性及导热性等综合性能，相比与钢铁材料，能够实现减重

4、的目的，广泛应用于航空航天和国防等领域。本文主要针对2A12厚板铝合金进行电子束焊接试验，为应用提供理论基础。2A12铝合金在电子束焊接焊后试样顶部出现明显的下塌缺陷，且焊接过程中飞溅较大。通过在试样底部加入工艺衬垫可以明显的改善此缺陷，配以表面修饰焊可以实现双面成形，焊缝均匀且连续。焊后接头的组织明显地发生了粗化，热影响区为柱状晶组织，焊缝内部为等轴晶组织，在电子束扫描搅拌的作用下，焊缝区内有蔷薇状组织生成，通过超声冲击处理可以使接头表层发生塑性变形使组织细化，变形层厚度约为170μm。焊后接头中的主要强化相由焊前的S(Al2CuMg)相

5、转变为S(Al2CuMg)相+θ(Al2Cu)相。2A12铝合金焊后出现了明显的接头软化，焊缝区的硬度为120HV，为母材的80%，且随着熔深的增加，焊缝区的硬度逐渐上升，Cu衬垫接头底部形成了明显的硬化区，最高硬度能达到450HV；通过超声冲击处理可以使接头的表层硬度上升，硬度值基本与母材相当。接头的整体拉伸强度为360MPa，为母材的80%，接头底部为强度的薄弱区，仅为264MPa；Cu衬垫的接头底部形成的Al-Cu化合物导致接头的强度大幅下降，抗拉强度仅有200MPa，为母材的44%。通过数值模拟与实际测量相结合的方式，对接头的残余应

6、力以及焊接变形进行了研究。将焊接过程的约束夹具引入焊接过程的数值模拟，提高模拟精度，为后续的焊接变形的调控提供理论基础。通过模拟得出试样在有无拘束下的焊接变形为0.175mm和0.45mm，但施加拘束后试样的残余应力由305MPa上升至362MPa。对试样进行焊接变形的实测验证，得出试样在自由状态下焊接时发生横向收缩变形，变形量为0.4mm；通过采用刚性固定法对试样的焊接变形进行控制，试样的焊接变形降低为0.2mm，与模拟结果拟合度较高，与无拘束状态下试样的焊接变形相比降低了50%。对其采用超声冲击处理的方法进行残余应力的调控，使试样上下表

7、面的近缝区形成残余压应力场，压力场的大小约为150MPa。关键词：2A12铝合金；电子束焊接；显微组织；残余应力；变形控制-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文Abstract2A12aluminumalloy,belongingtoaluminum-copper-magnesiumseriesheat-treatablealuminumalloy,isoneofthemostwidelyuseddeformedaluminumalloysinChina.2A12high-strengthaluminumalloywithlightquali

8、ty,goodcorrosionresistance,highspecificstrengthandspecificstiffness,excellentelectricalco