1 火箭军工程大学 导弹工程学院，陕西 西安 710025
2 广州理工学院 智能制造与电气工程学院，广东 广州 510850
铝锂合金以其质轻、高强、耐腐蚀等优势成为新一代航空航天应用材料，与其他铝锂合金相比，2195-T8铝锂合金焊接性能最优。基于液体火箭贮箱连接处的焊接需求，采用激光填丝双面焊接可以获得质量较好的接头。针对焊接过程中熔池内流体流动与温度的变化，建立了热-流耦合数学模型，通过数值模拟的方法对2195-T8铝锂合金焊接过程进行了研究，而后开展了接头轴向拉伸强度测试实验，阐明了焊接速度与填丝速度对熔池成形、流动与热输入的影响，并得到了不同焊接工艺参数下的最高接头强度。研究结果表明：4组不同焊接工艺参数下，第一面焊接与第二面焊接的熔池内流体流动趋势基本一致，主要为熔池左侧的顺时针涡流与右侧的逆时针涡流；提高焊接速度或填丝速度可以改善熔池成形质量，降低熔池热输入，细化焊缝熔合区中以柱状晶为代表的晶粒，进而有效提升接头力学性能；通过对4组不同焊接工艺参数的数值模拟与实验结果进行对比分析，最终得到熔池成形质量最好、热输入最小的焊缝，其接头轴向拉伸强度高达426.4 MPa，为母材强度的72.6%，对应的焊接速度与填丝速度分别为50 cm/min、1.8 m/min。
2195铝锂合金 激光填丝双面焊接 熔池 接头强度 2195 Al-Li alloy laser wire filling double-sided welding molten pool joint strength 红外与激光工程
2023, 52(2): 20220350
南京航空航天大学材料科学与技术学院, 江苏 南京 211106
用ER4047焊丝对厚度为2.0 mm的2060/2099铝锂合金进行双激光束双侧同步焊接实验,定量分析了晶粒尺寸对铝锂合金T型焊接接头力学性能的影响。实验结果表明,等轴细晶区内晶粒近似为圆形,当焊接热输入为46.16 J/mm时,晶粒的尺寸最小。随着随焊接热输入的增大,等轴细晶区的宽度逐渐增大,柱状晶尺寸逐渐减小,铝锂合金T型接头的焊缝熔合线区域发生局部软化现象,导致该区域内的显微硬度最低。T型环向拉伸实验结果表明,下熔合线区域为接头薄弱区,该区域内晶粒尺寸对焊接接头力学性能的影响也最大。焊趾处为应力集中区域,也是拉伸断裂的起始点。拉伸断裂过程中,裂纹由焊趾处逐渐扩展至下熔合线,最终在下熔合线的蒙皮处断裂。研究结果表明,熔合区内的晶粒尺寸越小,焊接接头的力学性能越好。
激光技术 双激光束双侧同步焊接 晶粒尺寸 力学性能 铝锂合金 中国激光
2021, 48(10): 1002120
南京航空航天大学材料科学与技术学院， 江苏 南京 211106
基于航空航天领域减重的需求，铝锂合金激光焊接越来越受到国内学者的广泛关注。对2 mm厚2060-T8铝锂合金进行激光平板对接焊和焊缝微观组织形貌分析，并通过熔池流动机制解释铝锂合金熔焊焊缝边缘等轴细晶区(EQZ)的形成机理。分析认为，激光热作用及熔池对流的影响导致焊缝边缘不同区域异质形核质点的数量与分布有所不同，使上部EQZ宽度较窄，“腰部”EQZ宽度相对较大。此外，根据熔池流动机制，在焊缝边缘上部及“腰部”的部分形核质点会沿上熔合线切线方向被带入熔池，并在此基础上形核长大形成一条延伸至焊缝内部的等轴晶带。
激光技术 激光材料加工 微观组织 熔池流动机制 2060铝锂合金 激光焊接 中国激光
2018, 45(11): 1102013
1 北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室, 北京 100191
2 北京航空航天大学材料科学与工程学院, 北京 100191
采用激光增材制造技术制备了铝锂合金板材, 分析了铝锂合金在热处理过程中析出相的演变及力学性能的变化。结果表明, 沉积态铝锂合金主要由α(Al)基体和TB(Al7Cu4Li)相组成, 晶界处存在少量富铜相；退火后, TB相更加均匀密集地分布在晶粒内部, 富铜相基本溶解, 晶界处存在少量Al-Cu-Fe杂质相；固溶淬火后, TB相固溶到基体中, 晶内存在少量δ′(Al3Li)相；时效后, 主要弥散析出θ′(Al2Cu)和σ(Al5Cu6Mg2)相。热处理后铝锂合金的显微硬度、抗拉强度比沉积态的分别提高了47.6%和87.7%。
激光技术 激光增材制造 铝锂合金 组织演变 力学性能
1 南昌航空大学 轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室, 江西 南昌 330063
2 三江航天红阳机电有限公司, 湖北 孝感 432000
2060铝锂合金是新一代铝锂合金中具有更低密度及更高强度的典型代表。利用高功率光纤激光填充ER2319焊丝对2060铝锂合金进行了对接试验, 借助光学显微镜、扫描电镜、显微硬度测试、拉伸性能测试等手段研究了焊缝形貌和组织特征及焊缝的力学性能等。研究结果表明, 焊接稳定性在一定程度上影响焊缝的宏观成形, 在合理的焊接工艺下, 焊接功率P＝3 kW与填丝速度w＝3 m/min保持不变, 随着焊接速度的增加, 焊缝整体的晶粒尺寸呈现变小的趋势, 枝晶臂由繁多变得简单, 等轴枝晶的二次枝晶逐渐减少甚至消失; 焊缝的平均硬度达到95.7 HV, 抗拉强度达到了345 MPa,分别为母材2060合金的63.0%和65.1%; 焊缝的熔合线附近区域是接头的最薄弱环节, 拉伸断裂沿熔合线从焊缝的下部向上扩展, 断口表现为沿晶界的韧脆混合断裂, 焊缝下部的韧性优于焊缝的上部。
2060铝锂合金 激光焊接 显微组织 力学性能 2060 Al Li alloy laser welding microstructure mechanical property
成都理工大学材料与化学化工学院, 四川省矿产资源化学高校重点实验室, 四川 成都610059
针对铝锂合金样品检测其Ag和Li, 采用等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)同时测定Ag和Li, 火焰原子吸收光谱法(FAAS)分别测定Ag和Li, 单宁酸分光光度法(VS)测Ag, 对不同的光谱测定方法进行了比较, 证明了ICP-OES检测铝锂合金中的Ag和Li具有较高的抗干扰性。 对比了三种不同的样品消解方法, 确定了FAAS测Li采用王水溶样最佳, ICP-OES, FAAS和VS测Ag采用HCl+H2O2体系溶样准确度更高。 详细讨论了样品中共存元素Al, Mg, Zr, Ti, Cu的干扰及消除方法。 用氨水沉淀消除共存元素Al, Ti, Zr, 8-羟基喹啉沉淀分离Mg和Cu的方法消除原子吸收光度法测Ag的干扰; 采用磷酸盐沉淀分离Ti而消除原子吸收光度法测Li的干扰; 采用与原子吸收光度法测银相同的消除干扰方法, 消除上述离子干扰, 滤去干扰沉淀后, 用硝酸赶盐酸解蔽Ag+离子, 同时分解消除8-羟基喹啉的颜色, 以消除分光光度法测银的干扰。 对比消除干扰前后的结果发现准确度显著提高, 证明消除干扰的方法切实有效。 将选择的最佳消解体系和干扰消除方法应用于铝锂合金样品的测定, ICP-OES测Li和Ag回收率分别在100.39%～103.01%和100.42%～103.73%之间, FAAS测Li和Ag 回收率分别在95.91% ～99.98%和98.04%～103.67%之间, 分光光度法测Ag回收率在98.00%～101.00%之间, 测定结果满足分析要求。
铝锂合金 分光光度法 锂 银 Al-Li alloy ICP-OES ICP-OES FAAS FAAS Spectrophotometry Silver lithium 光谱学与光谱分析
2015, 35(10): 2886
1 北京航空制造工程研究所,北京 100024
2 中国科学技术大学,安徽 合肥 230026
采用1420铝锂合金板材制作成中心圆孔疲劳试件和金相试件进行激光冲击处理,通过冲击区外观电镜扫描、疲劳实验和显微硬度测试,结果发现,经激光冲击处理后,铝锂合金表面没有受强脉冲激光和冲击波的破坏,而显微硬度明显提高,疲劳性能大幅度改善,激光冲击处理后的强化区与光斑相当,深度约为1 mm.
激光技术 激光冲击处理 铝锂合金 疲劳性能 硬度
南京航空航天大学材料科学与工程系,南京 210016
研究了8090 Al-Li合金的YAG激光焊,通过金相观察、显微硬度测定以及电子探针微区成分分析,结果表明：在一定的焊接工艺参数下,能得到优良的焊接接头。单面焊能焊厚度≤0.7 mm,双面焊能焊厚度≤1.4 mm,焊缝为细晶组织,焊缝窄,热影响区小,焊后应即时去应力处理。
Al-Li合金 激光焊 焊接接头
