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铝锂合金作为航天推进剂贮箱和航空结构的主要备选材料,其焊接工艺性具有重要的研究价值。本论文工作是对我国自行研制生产的2195、2A97铝锂合金材料焊接工艺性的一个初步研究,以提出对该类材料在实际生产条件下采用弧焊工艺的可行方案。主要研究成果如下: 在自主研制的数字控制耦合型高频脉冲TIG焊接系统的基础上,研究了高频脉冲TIG焊对于2mm厚2A97、5mm厚2195铝锂合金的适用性,焊缝成形及接头内部质量能够满足产品制造要求;提出了工艺优化的方向和建议,促使焊缝区较小晶粒的形成与均匀过渡和分布,进行焊接速度与散热条件的优化有利于焊缝组织和性能的改善。 铝锂合金焊接气孔和晶界裂纹是主要的冶金缺陷,是造成接头性能偏低的主要原因。采取特殊工艺措施改善焊缝结晶条件是防止气孔和热裂纹的重要手段,采用高频耦合TIG焊能够有效减少和消除各类冶金损伤,对减少焊缝内气孔和微裂纹能够起到积极的作用。 基于高频脉冲TIG焊技术开发了2195无背垫焊接工艺,接头强度系数与强制成形接头相当,延伸率提升了32%,实现了“近无缺陷”的焊接目标。同时认识到试板或工件的散热条件是影响工艺参数与焊缝质量的重要因素,通过影响焊缝结晶条件进而影响接头组织和性能。 试验中分别采用了ER2319、ER4043、ER4047三种焊丝作为填充金属,所得的认识有助于理解铝锂合金的抗裂敏感性。加填焊丝能够有效抑制结晶裂纹的产生,采用含Cu或Si含量比母材高的焊丝,利用母材与焊丝之间较好的相容性,并考虑利于形成共晶物填充的焊丝是主要的方向。 通过对铝锂合金焊接参数的优化,能使接头性能在拉伸强度提高的同时,其延伸率亦得到改善。采用手工单面焊接时接头强度和塑性较低且不稳定,补焊会增大焊缝缺陷产生的几率,明显降低接头强度和塑性,补焊接头延伸率比手工TIG一次焊接总体下降20%,接头以脆性断裂为主。 本课题来源于航天工程的实际需要,文中的研究成果对于贮箱结构材料的选择和焊接制造提供新的思路和工艺基础,对航天铝合金大型焊接结构件性能的提升具有重要的现实意义和推动作用。