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7N01铝合金焊接接头热影响区晶界液化的研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 前言

1.2 7N01铝合金概述

1.2.1 Al-Zn-Mg系铝合金研究背景

1.2.2 Al-Zn-Mg合金元素及其作用

1.2.3 基体组织及第二相粒子特征

1.3 7N01铝合金焊接概述

1.3.1 焊接方法及焊丝

1.3.2 焊接接头各区域组织特征

1.4 铝合金焊接接头晶界液化与液化裂纹

1.4.1 焊接裂纹概述

1.4.2 晶界液化和液化裂纹

1.4.3 液化裂纹研究现状

1.4.4 液化裂纹的危害及防止措施

1.5 本课题研究内容及意义

第2章 实验材料及方法

2.1 母材及焊丝

2.2 试板的焊接

2.2.1 试板的准备

2.2.2 试板的焊接

2.2.3 取样

2.3 实验样品制备与实验方法

2.3.1 微观组织观察

2.3.2 显微硬度实验

2.3.3 微区成分分析

2.3.4 TEM样品制备与观察

第3章 焊接接头微观组织

3.1 接头宏、微观组织观察

3.1.1 宏观组织观察

3.1.2 微观组织观察

3.2 热影响区第二相粒子形貌观察和成分分析

3.2.1 母材区第二相粒子

3.2.2 热影响区第二相

3.3 接头各区域的TEM观察

3.3.1 母材区TEM观察

3.3.2 热影响区TEM观察

3.3.3 靠近熔合线热影响区TEM观察

3.4 焊接接头硬度分析

3.4.1 正常焊接接头

3.4.2 1次补焊接头

3.4.3 2次补焊接头

3.4.4 3次补焊接头

3.5 本章小结

第4章 晶界液化与液化裂纹

4.1 前言

4.2 SEM形貌观察与微区成分分析

4.2.1 SEM形貌观察

4.2.2 微区成分分析

4.3 液化裂纹的长度统计

4.2.1 正常焊接接头液化裂纹观察

4.2.2 1次补焊接头液化裂纹观察

4.2.3 2次补焊接头热裂纹观察

4.2.4 3次补焊接头热裂纹观察

4.3 本章小结

第5章 焊接接头EBSD分析

5.1 引言

5.2 接头各区域组织EBSD分析

5.3 液化裂纹EBSD分析

5.3.1 液化裂纹晶界扩展EBSD分析

5.3.2 液化裂纹两侧晶粒取向差分析

5.4 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢

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摘要

一般来讲,铝合金焊接过程中,在紧邻熔合线并外延至热影响区的较窄区域会发生晶界液化现象,从而导致液化裂纹的产生,因此降低焊接接头的塑性。中强可焊Al-Zn-Mg合金具有良好的综合性能,被广泛应用于铁路列车、装甲车辆、低温容器等制造。然而焊接接头热影响区出现的晶界液化裂纹是限制采用该种合金焊接构件使用的焊接缺陷之一。
  本研究选择国内生产的几种7N01 S-T5铝合金型材,采用熔化极气体保护焊(MIG)对取自型材的板材进行正常焊接和多次补焊,利用OM、SEM、SEM-EBSD,SEM-EDS和TEM等微观组织表征和微区成分分析手段,在表征接头各区微观组织形貌、第二相粒子特征的基础上,系统研究了7N01铝合金焊接接头热影响区晶界液化的特征和形成机理,并对其影响因素进行了讨论。研究发现:
  1、7N01S-T5铝合金挤压型材的α-Al基体微观组织具有典型热变形组织特征,晶粒明显沿着挤压方向拉长,变形组织间分布着平均晶粒尺寸约为5μm的等轴晶。晶界上分布较多MgZn相粒子,其Zn/Mg原予比为1.39。
  2、焊接接头热影响区发生明显的再结晶和晶粒长大,等轴晶的平均晶粒尺寸为30μm,晶界上分布的MgZn相粒子发生明显聚集长大,其Zn/Mg原子比为1.8,向平衡相MgZn2过渡。
  3、在焊接过程中位于紧邻熔合线的热影响区晶界上的低熔点共晶相(主要为MgZn相)沿晶界发生液化,焊接金属凝固收缩产生的应力将导致发生液化的晶界开裂形成液化裂纹。
  4、多次补焊过程使晶界液化加剧。正常焊接、1次补焊、2次补焊和3次补焊接头的液化裂纹平均长度分别为100μm、200μm、263μm和265μm。

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