鋁合金焊接工藝技術(shù)展望-在線瀏覽
2024-07-29 02:52本頁(yè)面
【正文】 金都具有優(yōu)良的焊接性能［1］。LD10CS合金已在多種大型運(yùn)載火箭和固體導(dǎo)彈上獲得成功的應(yīng)用。需要指出的是LD10合金的焊接性能較差，焊接時(shí)形成熱裂紋的傾向較大，對(duì)焊接過(guò)程中的各種因素也比較敏感，焊接接頭的斷裂韌度較低，特別是當(dāng)焊縫部位存在焊接缺陷時(shí)，液壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)件經(jīng)常發(fā)生低壓爆破。在“三結(jié)合”攻關(guān)中發(fā)明的“兩面三層焊”工藝（正面打底、蓋面，背面清根封焊）使焊接接頭性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。在此后的許多年中，一直以“延伸率不小于3%”作為一個(gè)重要的驗(yàn)收指標(biāo)。從焊接工藝方面看，為了減少焊接結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力和變形，通常在焊接工藝選擇上都盡量減少焊接熱輸入量?！擅嫒龑雍笗r(shí)，清根和封底焊可消除此種裂紋。這樣在結(jié)構(gòu)中，焊接接頭在復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下以軟化區(qū)的塑性和變形補(bǔ)償了熔合區(qū)塑性的不足。由于兩面焊的特殊要求，限制了自動(dòng)焊及焊接新技術(shù)（如真空電子束焊、變極性等離子焊等）的應(yīng)用。在焊接生產(chǎn)中，鋁合金焊縫內(nèi)常見(jiàn)的缺陷為焊縫氣孔?；w金屬中含氫量、焊絲及基體金屬表面氧化膜吸附的水分以及弧柱氣氛中的水分都是焊縫氣孔中氫的重要來(lái)源。但是，由于諸多因素和條件的限制，在生產(chǎn)中個(gè)別貯箱仍存在氣孔超差。而國(guó)內(nèi)鋁合金板材制造技術(shù)條件中尚無(wú)對(duì)氫含量的要求。在美國(guó)已作為推進(jìn)劑貯箱的主要結(jié)構(gòu)材料，美國(guó)土星Ⅴ號(hào)Ⅰ級(jí)貯箱等均采用了2219鋁合金。國(guó)內(nèi)研制的S147鋁合金與2219鋁合金相類似，生成焊接裂紋的傾向性較低，但生成氣孔的敏感性較強(qiáng)，尤其是熔合區(qū)、密集的微氣孔是影響焊接接頭性能的主要缺陷。因?yàn)槊考尤?%Li，可使鋁合金質(zhì)量減輕3%，彈性模量提高6%，比彈性模量增加9%，這種合金與在飛機(jī)產(chǎn)品上普遍使用的2024和7075合金相比，密度下降7%～11%，彈性模量提高12%～18%。前蘇聯(lián)航空材料研究所(ВИАМ)MgLi系的1420合金不久，就對(duì)該合金的焊接開展了研究。焊前、焊后熱處理對(duì)焊接接頭強(qiáng)度有很大的影響， MPa，～。至今，1420合金已成功使用了30多年，廣泛用于軍用、民用飛機(jī)和火箭上［3］。1460合金焊接工藝與1420合金基本相同，可采用1201（AlCuMn）合金焊絲焊接，也可在焊絲中添加鈧（Sc）元素。應(yīng)用此種焊絲可以顯著地降低焊縫熱裂紋敏感性，氬弧焊焊接接頭強(qiáng)度大于250 MPa，焊后熱處理焊接接頭的強(qiáng)度、硬度增加。美國(guó)發(fā)現(xiàn)者號(hào)航天飛機(jī)的外貯箱采用了2195（AlCuLiMg）高強(qiáng)鋁鋰合金，取代原來(lái)使用了25～40年的2219合金。每減輕1 kg質(zhì)量可以增加1 kg有效載荷，這樣就增加3 405 kg的有效載荷。2195T8合金的貯箱采用4043焊絲，變極性等離子弧焊 (VPPA)焊接。VPPA焊接2195T8鋁鋰合金的關(guān)鍵是焊縫背面保護(hù)，鋁鋰合金含有活潑的Li元素，如焊接時(shí)背面保護(hù)不好，極易氧化。另外，研制了直徑51 mm、長(zhǎng)229 mm的不銹鋼管裝在工件背面，焊接時(shí)隨焊槍移動(dòng)，也可有效保護(hù)背面焊縫。3 極具前途的幾種工藝技術(shù) 變極性等離子弧焊接技術(shù)（VPPA）1978年，美國(guó)NASA宇航局馬歇爾宇航中心決定變極性等離子弧焊技術(shù)部分取代鎢極氬弧焊工藝焊接航天飛機(jī)外貯箱。變極性等離子焊接技術(shù)用于鋁合金焊接， mm。因此被稱為“零缺陷焊接”。“九五”期間，與哈爾濱工業(yè)大學(xué)聯(lián)合開展了變極性等離子焊接技術(shù)研究，研制了變極性等離子焊接設(shè)備樣機(jī)，并進(jìn)行了LF6和LD10鋁合金板材（厚3 mm、5 mm、12 mm）焊接工藝試驗(yàn)，完成了帶有縱縫和環(huán)縫的貯箱模擬件焊接，解決了環(huán)縫焊接時(shí)起弧打孔和收弧填孔及焊縫首尾相接的難題，焊接模擬件通過(guò)了液壓試驗(yàn)，將變極性等離子焊接技術(shù)的工程應(yīng)用向前推進(jìn)了一大步。 局部真空電子束焊接技術(shù)由于真空電子束焊接工藝是將被焊工件置于真空環(huán)境中進(jìn)行焊接，因此可以得到優(yōu)質(zhì)的焊縫。但對(duì)于一些大型構(gòu)件如運(yùn)載火箭貯箱殼體等，如果采用真空電子束焊接工藝，則需要較大的真空室，其容積可達(dá)數(shù)百立方米，這種電子束焊接設(shè)備造價(jià)很高。前蘇聯(lián)將局部真空電子束焊接技術(shù)應(yīng)用于不同類型和尺寸火箭燃料
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