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1、本科毕业设计（论文）论文题目：氨弧焊接工艺对焊接接头微观组织及力学性能的影响研究现代工业的不断发展，焊接技术成为各行各业必不可少的一项技术。在现代工业生产中，氢弧焊接技术得到广泛应用，是一种常见的焊接工艺。氢弧焊接工艺具有热效率高，焊缝质量高能够得到优良的焊缝，氧弧焊接电弧稳定性最好、焊接容易进行操作、稳定性好、可靠性高等特点。适用于各种类型的金属焊接，包括同种材料的焊接和异种材料的焊接，结论如下：(1)研究氤弧焊接工艺对同种材料6005A/5083铝合金，TA2/TA2钛合金焊接接头的微观组织和力学性能的影响。结果表明，6005A/5083铝合金母材的晶粒是纤维状，焊接接头是中大多数是等轴晶
2、，位错较少疲劳极限强度不低于75MPa,屈服强度为115.8MPa,抗拉强度118.3MPa断后伸长率为8.5%,硬度值相差较大断裂区在靠近6005A的热影响区焊接接头硬度低于母材试样断口为穿晶断裂;TA2/TA2钛合金焊接接头组织为片状结构的马氏体位错少，晶粒细小，抗拉强度为393MPa屈服强度361.7MPa伸长率为31.4%,伸长率低于母材，冲击韧性比母材低，硬度高于母材有很好的耐磨性能试样断口为韧窝断裂。(2)研究氧弧焊接工艺对异种种材料TA2钛合金/T2紫铜合金焊接接头的微观组织表征及力学性能进行分析。结果表明：TA2钛合金“2紫铜僦弧焊接接头微观组织有金属间化合物和大量柱状晶组织，
3、抗拉强度为171MPa,焊接接头发生断裂，拉伸试验断口为脆性断裂。关键词：氤弧焊接工艺；焊接接头；微观组织；力学性能论文类型：工程设计AbstractWiththecontinuousdevelopmentofmodernindustry,weldingtechnologyhasbecomeanessentialtechnologyinvariousindustries.Inmodernindustrialproduction,argonarcweldingtechnologyiswidelyusedandisoneofthecommonweldingprocesses.Theargonarc
4、weldingprocesshashighthermalefficiency,highweldquality,andcanobtainexcellentwelds.Thestabilityoftheargonarcweldingarcisthebest,anditiseasytooperate,stable,andreliable.Itissuitableforvarioustypesofmetalwelding,includingweldingofthesamematerialandweldingOfdifferentmaterials.Theresearchcontentisasfollo
5、ws:(1) Theinfluenceofargonarcweldingprocessonthemicrostructureandmechanicalpropertiesof6005A/5083aluminumalloyandTA2/TA2titaniumalloyareinvestigated.theresultsshowthat,6005A/5083Thegrainofaluminumalloybasematerialisfiber,Weldedjointsaremostlyisoaxialcrystals,Thefatiguelimitstrengthisnotlessthan75MPa
6、,Theyieldstrengthisthe115.8MPa,Tensilestrength118.3MPaafterelongationof8.5%,Inthelargedifferenceinhardnessvalue,thehardnessoftheweldedjointinthethermalinfluenceareanear6005Aislowerthanthesamplefractureofthebasematerialforcrystalpenetrationfracture;TA2/TA2weldedjointoftitaniumalloy,Smallgrainparticle
7、s,Tensilestrengthof393MPayieldstrength361.7MPaelongationof31.4%,Theelongationrateislowerthanthebasematerial,1.owerimpacttoughnessthanthebasematerial,Thehardnessishigherthanthebasematerialhasgoodwearresistancesamplefractureistoughnessfracture.(2) Studytheargonarcweldingprocesstoanalyzethemicrostructu
8、recharacterizationandmechanicalpropertiesofTA2titaniumalloy/T2copperalloyofdifferentmaterials.TheresultsshowthatthemicrostructureofTA2titaniumalloy/T2copperargonarcweldingjointhasintermetalcompoundsandalargenumberofcolumnarcrystaltissue,thetensilestrengthis17IMPa,theweldedjointbreaks,andthetensilete
9、stfractureisbrittlefracture.KeyWords:TIGWelding;WeldedJoint;Microstructure;MechanicalPropertiesThesistype:EngineeringDesign摘要IAbstractII目录III1绪论11.1 研究背景与意义11.2 氮弧焊接工艺概述11.3 研究内容22焊接接头微观组织结构分析32.1 焊接接头组织结构特点32.1.1 母材区32.1.2 热影响区32.1.3 焊缝区42.1.4 焊接接头的组织缺陷42.2 焊接接头微观组织分析方法42.2.1 金相组织观察法52.2.2 扫描电镜法52.
10、2.3 X射线衍射法52.2.4 透射电镜法62.3 焊接接头力学性能试验方法62.3.1 拉伸试验62.3.2 冲击试验72.3.3 硬度测试72.4 焊接接头力学性能82.4.1 强度82.4.2 塑性92.4.3 韧性93同种材料焊接接头的微观组织表征及力学性能研究103.1 铝/铝合金焊接头微观组织结构及力学性能分析103.1.1 6OO5A/5O83铝合金焊接接头微观组织特征103.1.2 6005A/5083铝合金焊接接头的力学性能测试123.2 钛/钛合金焊接接头微观组织组织结构及力学性能分析133.2.1 TA2/TA2钛合金氮弧焊焊接接头微观组织特征分析133.2.2 TA2
11、/TA2钛合金K弧焊焊接接头力学性能测试154异种材料焊接接头的微观组织表征及力学性能研究184.1 钛/铜合金氨弧焊焊接接头的微观组织表征及力学性能分析184.1.1 TA2钛合金“2紫铜焊接接头的微观组织特征分析184.1.2 TA2钛合金/T2紫铜焊接接头的力学性能测试20结论22参考文献23致谢241绪论1.1 研究背景与意义随着现代工业的不断发展，焊接技术成为各行各业必不可少的一项技术，其中氨弧焊接作为一种重要的焊接方法，在现代工业生产中，得到广泛应用，是一种常见的焊接工艺。鼠弧焊接工艺具有热效率高、焊缝质量高、操作简便、稳定性好、工作环境好等特点。适用于各种类型的金属焊接，在同种材
12、料铝及铝合金和钛及钛合金的焊接广泛被应用，在钛/铜合金的异种材料焊接等材料领域同样也得到广泛应用。尤其在航天航空、汽车、电子、医疗等行业。铝合金具有良好的物理和化学性质，航空、航天、汽车、医疗、电子等领域被广泛应用。随着材料技术的发展，氨弧焊在工程被大量使用，因此对氮弧焊接工艺进行研究,是提高焊接质量促进相关行业发展的措施之一。因钛合金基体材料具有较高的强度、线膨胀系数小、生物兼容性好、弹性模量较小、蠕变抗性差等特性，所以钛合金在航空航天，能源，化工等领域有着广泛前景。但钛合金的价格昂贵，生产加工制造难度高，在一定程度上限制了钛合金的推广和应用。目前，由于同种金属材质已无法达到工程要求，因此，
13、将两种金属材质的优势有机地融合在一起，使其成为一种新型的、具有广阔应用前景的新型结构。钛合金具具有高强度，塑韧性好，耐腐蚀性能好，耐高温等特点，铜合金具有导电导热性能好，耐腐蚀性强等特点。铜合金可制作塑性好的电线，电器零件和各类铜材料，很好的满足现代装备制造业结构减重和材料性能多样化的要求，达到“物尽其用”的目的。因此铜及钛合金在航空航天、能源、化工及海洋装备中有着广泛的应用前景。焊接接头的显微组织及力学性能对焊接质量及焊接接头强度有着重要影响，对提高氨弧焊接工艺的应用价值具有重要的理论意义和实际意义。此外，对于同种材料和异种材料的僦弧焊接工艺的比较研究，可以为筑弧焊接工艺的应用提供科学依据和
14、参考，有助于实现工业生产的高效、低耗和安全。1.2 氮弧焊接工艺概述氢弧焊接工艺是在电弧焊的原理利用氧气作为焊接接头保护气，使焊接材料与母材熔化结合在一起形成焊缝的方法。用氢气做保护气体，可以使焊材与空气中的有害气体无法接触起到保护作用。在氨弧焊接过程中，母材和热影响区受到高温和热应力的影响，产生一系列的热影响区变化和微观组织的变化。氤弧焊可根据电极分类：(I)非熔化极僦弧焊(TIG)：鸽极与工件之间的电弧作为热源，以氨气作为保护气体的氢弧焊接。该气体不会与金属发生化学反应，形成保护罩使得铝极端头、电弧和熔池金属不会与空气接触，避免减少氧化，电极不熔化。当氮气通过焊缝时，可将有害气体隔开，形成
15、致密的焊接接头，其机械性能表现卓越。（2）熔化极氢弧焊（MlG）：通过送丝机构送丝，焊丝作电极熔化，被焊基材与焊丝之间的电弧产热熔化母材与焊丝，焊丝既是电极又起导电作用，用惰性气体氨气保护熔池进行焊接。氮弧焊的技术应用不断地发展，保护气体从单个的氢气发展出多种混合气体的应用。筑弧焊接工艺的特点：（1）焊接质量好。（2）焊接应力与变形小。（3）氢弧焊为明弧施焊，操作技术容易掌握旬。（4）不受焊件位置限制，可进行全位置焊接。（5）筑弧焊几乎能焊接所有金属材料，焊接材料范围广。1.3 研究内容本文研究内容是对氧弧焊接工艺的特点背景与意义和熔化极筑弧焊和非熔化极氤弧焊工作原理及特点进行简单论述,通过显
16、微组织试验和力学试验对鼠弧焊焊接铝/铝合金、钛/钛合金同种材料和钛/铝合金异种材料焊接接头的显微组织和其机械性能进行分析。（1）对铝/铝合金氨弧焊接分析中，选择TlG焊接6005A/5083铝合金连接，使用金相分析法、扫描电镜法、X射线衍射法等手段分析对焊的接头微观组织形态进行描述。采用拉伸、冲击、疲劳等试验手段分析其接头的力学性能。（2）在对钛/钛合金K弧焊接接头分析中，选择以TIG焊接TA2/TA2钛合金以纯钛做焊丝进行试验。使用金相显微镜、X射线照相等仪器手段对TA2/TA2钛合金同种材料焊接接头组织分析。采用维氏硬度实验仪器对钛合金焊接接头拉伸，屈服，延伸率力学特性结构阐述。（3）对钛
17、/铜合金异种焊材的对接研究中，在对TC4钛合金/T2铜合金的焊接接头内容研究时选择TIG焊方法，以S201紫铜做焊丝，焊接TC4钛合金/T2铜合金。对其焊缝选择用到扫描电镜、能谱分析拉伸和拉伸试验等手段分析焊焊接接头微观组织及力学性能。氮弧焊接工艺对铝及储介金、钛及钛合金同种材料以及钛和铜合金异种材料的外接头的分析，揭示了氢弧焊对焊接接头微观组织及力学性能的影响，为氢弧焊接技术的推广应用提供了一定的理论指导。2焊接接头微观组织结构分析2.1 焊接接头组织结构特点焊接接头是一种固态区域，在此区域内，它是被焊材料经过焊接后，在熔池中发生了凝固，并发生了组织与性能的改变。它包括熔池区，热影响区及焊缝
18、，其组织结构是影响焊接接头性能的关键因素之一。焊接接头的组织结构特点包括以下几个方面。2.1.1 母材区母材既是焊接材料，又被称为被焊的基材。焊接方法的选择与材料本身有关。材料的熔点、导热性、硬度、塑性、导电性等物理性能会影响焊接。其化学特性和组成也会影响焊接。材料6005A铝合金基材有着密度较低强度高抗腐蚀能力好热膨胀系数高密度好等特性，其组织为线状纤维状且晶粒为纤维状相存在。母材区指的是合金状态下没有经过加工时的铝合金原始状态。在母材区状态下，6061铝合金通常具有良好的可加工性、高强度和耐腐蚀性，是制造高强度轻量化零件和结构的理想材料。5083铝合金基材强度高具有良好的耐腐蚀性能，强度和
19、塑性都很好，5083铝合金通常用于制造高强度轻量化结构。钛及钛合金具有较好的韧性和良好的耐腐蚀性及焊接性，在航空海洋、化学设备等方面有着重要用途。A2钛合金是一种Q-P型钛合金，具有良好的可加工性、耐腐蚀性和高强度性能。相为针状晶体，主要是由纯钛和少量氧、碳、氮等异质原子组成的固溶体；相为板状晶体，是由纯钛和少量的铝、锐、铁等元素组成的固溶体。TA2钛合金钛的密度为4.51gcm3,属轻金属，熔点比较高，导热率好；钛在常温下强度高，并且在高温下也能保持高的强度。T2紫铜是一种常用的铜合金其主要成分为铜（CU）和少量的磷（P）。T2紫铜具有良好的导电性、导热性和可加工性，同时也是一种具有较高强度
20、的铜合金。T2紫铜合金的显微组织通常是由Q相组成的为铜的固溶体，在晶粒内呈现为细小的块状或颗粒状结构它的抗拉强度好，屈服性强，力学性能好。2.1.2 热影响区焊缝热影响区是焊接接头组成部分，在焊缝形成过程中，焊缝两边的基体在加热时没有完全融化，发生相变而引起了材料的结构和性能的改。焊接热影响区距离焊缝距离不同，所产生性能也不同。因为在热影响区中，其各部分所受的热量不均匀，对焊缝的微观结构及力学性能产生了影响，有时会形成新的组织，这些都会影响焊接接头的强度、硬度，塑性和晶粒组织。在6005A和5083铝合金焊接接头，靠近6005基材到焊缝区的区域叫做6005A热3影响区中显微组织为少量的等轴晶和
21、树枝晶，发生非平衡凝固产生形成枝晶组织。其力学性能比较低为焊接薄弱部位。5083铝合金的热影响区为的焊缝区到5083母材之间的区域显微组织为等轴晶，晶粒细小均匀，元素分布均匀没有出现像6005A热影响区的Mg元素偏析。在TA2钛合金接头中热影响区发生Q相变和马氏体相变，晶粒比较粗大组织为锯齿状的相和部分马氏体对焊接接头产生影响。在TA2钛合金和T2紫铜焊接接头中，TA2钛热影响区存在析出相，存在三种金属间化合物，其形态为短棒状、层状和枝晶状、长条状，钛合金的热影响区晶粒出现纤维化现象。2.1.3 焊缝区焊缝是焊接接头的主要部分，焊缝金属是在焊接过程中，通过焊丝以及母材金属经过熔化、结晶、凝固而
22、产生的。它的组织结构和性能对焊接接头的整体性能起着至关重要的作用。焊缝的组织结构包括晶粒的尺寸、形状、分布和取向，同时还包括内部组织缺陷的分布和类型等。在6005/5083铝合金焊缝区组织为等轴晶和少量枝晶，硬度比母材低一些，屈服强度和抗拉强度低于母材相差不大。TA2/TA2钛合金焊缝区组织片状马氏体和粗大的。相晶粒，边界呈锯齿状，与相相比，马氏体具有更好的强度和可塑性，并且其硬度高于母材。TA2钛合金“2紫铜焊缝区是柱状晶和枝晶组成存在金属间化合物有着良好的机械性能。2.1.4 焊接接头的组织缺陷焊接接头中存在着各种各样的组织缺陷，如形状缺陷、气孔、夹杂、裂纹、未熔合、其它缺陷等。这些焊接缺
23、陷势必会影响到焊接接头的力学性能和接头的组织，产生不同程度的影响，进而影响到产品质量。铝合金焊接中，铝合金有着高的热导率高和线膨胀系数，所以容易出现气孔和裂纹,易于氧化。钛合金具有熔点高、导热性能差的物理性能决定了在TA2焊接过程中容易出焊接接头脆化、裂纹、气孔、变形。等缺陷。2.2 焊接接头微观组织分析方法焊接接头微观组织分析是研究焊接接头的组织结构和性能的基础，因此需要采用一系列的分析方法。接下来将介绍一些常用的焊接接头微观组织分析方法。2.2.1 金相组织观察法金相试验法参照GBT3246.12012标准对焊接接头组织检验金相组织分析法是一种常用的金属组织分析方法，可以用于观察焊接接头的
24、微观组织结构。金相试样准备包括:取样、粗磨、细磨、抛光和浸蚀五个步骤。取得试样后用金相显微镜利用可见光或近红外光来照射试样，观察反射或透过光的图像。金相显微镜可以通过增大镜头倍数来观察样品的微观结构，如晶粒形貌、晶粒大小、晶界等。在焊接接头微观组织分析中，金相显微镜可以通过对焊缝、热影响区和母材等部位的观察，揭示焊接接头的微观组织结构和变化规律。金相显微镜还可以通过对样品进行切割、研磨和腐蚀等处理，获的详细的材料的微观组织信息。通过金相组织对6OO5A/5O83铝合金焊接接头的显微组织分析对焊接接头中铝合金基体晶粒都是纤维状，焊缝为等轴晶6005A的热影响区组织有少量的等轴晶和树枝晶构成焊缝区
25、一等轴晶为主边界上存在少量的没有过渡完的结晶组织。对TA2/TA2钛合金焊接接头进行取样金相分析焊缝、热影响区内晶粒受温度的影响而变得粗大。母材区域内为等轴晶组织，晶粒较细。热影响区，翻较母材粗大，组织是粗大1.焊缝区内，伴随着马氏体相变的发生。TA2钛合金/T2焊接接头通过金相分析发现，铜母材、铜热影响区、焊缝、钛热影响区和钛母材构成焊接接头。2.2.2 扫描电镜法扫描电镜是一束细小，能量高度集中的能量电子束对样品进行扫描观测和分析样品形貌和表面结构的方法。扫描电镜可以对样品进行高倍率的放大，这样就可以对微观结构进行详细的观察。可测样品的类型非常多，不会对原来的样品产生任何的损害和污染,还具
26、有可同时获得形貌、结构、成分和结晶学信息等优势。在焊接接头微观组织分析中，扫描电镜还可以用于观察焊缝、热影响区和母材等部位的表面形貌和微观结构，以及焊接接头中的裂纹、气孔等缺陷。通过扫描电镜6OO5A/5O83焊接接头6005A热影响区中存在第二相，Mg元素含量先先降低后升高再降低分布不均匀出现偏析，5083中没有出现此现象。扫描电镜对TA2钛合金焊接接头拉伸试验后的断口形态分析是典型的韧窝断裂，是在外加载荷的作用下应力的增大断裂产生的。TA2钛合金“2焊接接头进行扫描电镜分析分析焊接接头存在三种金属化合物组织焊缝区存在柱状晶组织的铜基固溶体。2.2.3 X射线衍射法X射线是一种波长较短电磁波
27、，能穿透一定厚度的材料，可引起荧光材料的发光，感光胶片感光气体电离。X射线衍射法是一种通过照射样品并观察其照射光谱来分析样品晶体结构的方法。焊接接头的微观组织结构中晶体结构的性质对于接头的力学性能具有重要的影响，因此X射线衍射法可以被应用于焊接接头的微观组织结构分析中。X射线衍射法是无损检测其中的一种，可分析材料中的结晶性。其工作机理为：在试样被X射线辐射之后，试样中的结晶会对X射线进行衍射，从而产生一组由衍射光线组成的连续的衍射峰，通过衍射峰的强度及所处的位置，可以判断出晶体结构、晶格常数晶粒尺寸等相关的信息。当然X射线在射线照相检测中常常用到的，以此来分析对焊接接头的质量。X射线衍射仪对钛
28、/铜焊接接头进行了分析确定A金属间化合物为CUTi,层块状和枝晶状金属间化合物B为Cu2Ti,沿着枝晶状化合物Cu2Ti边缘分布着的化合物C是CIuTi3。2.2.4 透射电镜法透射电镜法是一种通过加速和聚集透射电子束照射样品并观察其透射电子图样来分析样品微观结构的方法。透射电镜可以用于观察样品的晶粒尺寸和晶格结构，可以揭示焊接接头微观组织中的晶粒和晶界等细节。另外注意的是透射电镜分析需要制备极薄的样品，因此需要对样品进行精细的处理和制备。透射电镜观察透射电镜样品通过机械减薄至100m左右,冲裁成直径为3mm圆片，之后去毛刺、清洗，最后用StruersTenuPol-5型双喷电解减薄仪进行电解
29、双喷，采用1:3硝酸甲醇溶液作电解液。通过透射电镜对试样中各个沉淀相的形貌、尺寸、分布晶粒内部和晶界的沉淀状态等进行了观测，对各种金属间化合物在合金中的分配形式进行深入研究。通过透射电镜分析6005A/5083焊接接头中5083热影响区较母材区域线条平滑，没有第二相，在焊缝区中有少量第二相，在6005A在热影响区存在大量第二相。2.3 焊接接头力学性能试验方法焊接接头的力学性能测试是评估焊接接头质量的重要手段之一。常见的焊接接头力学性能指标包括强度、塑性、韧性、硬度、疲劳寿命等。接下来将介绍常用的焊接接头力学性能试验方法。2.3.1 拉伸试验冲击试验是一种用于评估焊接接头韧性的测试方法。冲击试
30、验是一种测试军用和民用设备在受到外部冲击或冲击时是否具有安全性，可靠性和有效性的测试方法。在冲击试验中，试样通常被放置在试验机的夹具中，通过向试样施加冲击载荷来模拟冲击载荷下焊接接头的。冲击试验的数据主要反映焊接接头在冲击载荷作用下的抗冲击能力，从而对其实际使用中的安全性进行评估。冲击试验机有两种，一种是采用摆锤冲击试验机，另一种是采用落锤冲击试验机。常用的测试方法包括夏比特冲击试验、夏尔皮冲击试验和IZOD冲击试验等。这些测试方法的具体操作方式和测试参数不同，因此在进行测试时需要根据具体的焊接接头类型和应用场景进行选择。对6OO5A/5O83铝合金焊接接头进行拉伸试验测得焊接接头的屈服强度为
31、115.8MPa、抗拉强度为183.6MPa和伸长伸率为8.5%,断口是典型的穿晶断裂。通过对TA2fA2钛合金焊接接头进行拉伸试验测得焊接接头的屈服强度为361.7MPa抗拉强度为393MPa和伸长伸率为31.4%,断口是韧窝断裂。对TA2钛合金“2紫铜焊接接头进行拉伸试验测得拉伸强度为171MPa,断口脆性断裂。2.3.2 冲击试验给一个物体加上一个荷载，在荷载比较小的时候，它会出现一种弹性变形，而如果荷载大于一定的值，它就会出现一种不可逆的变形，这就是所谓的塑性变形。也就是说这种形变是永久性的。材料应具有一定的塑性才能进行各种变形加工品，并且使工件在使用过程中偶尔过载时产生一定的塑性变形
32、，而不使工件突然断裂，提高零件的使用的可靠性。可以通过拉伸试验测量计算出断后伸长率和断面收缩率表达。断后伸长率和断面收缩率数值愈大表示材料的塑性愈好。通过对TA2钛合金焊接接头冲击试验可知冲击韧性值越低吸收功越少韧性越不好。2.3.3 硬度测试硬度测试是一种常用的焊接接头力学性能测试方法，可以借鉴GB/T2654-2008焊接接头硬度试验方法，可以用于测量焊接接头的硬度和强度等指标。硬度测试通常采用硬度计进行，测试过程中将焊接接头置于测试机的压头下，施加一定的压力后测量压头压入焊接接头的深度，从而计算出焊接接头的硬度。硬度测试的结果可以反映焊接接头在不同位置和方向上的硬度差异，从而评估其力学性
33、能的均匀性和变化情况。对于不同类型和材质的焊缝，一般要进行硬度检测，常见的有：布氏硬度，维氏硬度，里氏硬度。硬度测试是分析力学性能的方法，可以用于测量焊接接头的硬度和强度等指标。硬度测试通常采用硬度计进行，测试过程中将焊接接头置于测试机的压头下，施加一定的压力后测量压头压入焊接接头的深度，从而计算出焊接接头的硬度。硬度测试的结果可以反映焊接接头在不同位置和方向上的硬度差异，从而评估其力学性能的均匀性和变化情况。对于不同类型的焊接接头和材料，需要用到不同的硬度测试方法，测试硬度的常用方法如下：HB采用布氏硬度试验方法，为金属硬度测试中常见的一种方法，对淬火钢球施加己知力压向所测材料表面，保持一段
34、时间，测量测量其表面直径，算出压痕面积，试验力比痕表面积计算得出数值。选择正棱角锥体金刚石作压头，在试验力作用下试件表面压出正方形压痕，测量压痕对角线的平均长度，从而得出其硬度的数值叫做维氏硬度（HV）。它是一种对金属的表面硬度进行测试手段，其中维氏硬度的数据是最准确的，它可以对目前所用的大部分材料进行测试。在维氏硬度测试中，使用很少的测试量，可以得到很小的压力值，这样就可以测出很小一点区域的硬度值，甚至可以测出金相组织中不同相的硬度。里氏硬度是指在受冲击力影响的情况下，以一定的速度撞击试样的表面，由测头在距离Imm远的地方的回弹速度与冲击速度之比来计算数值。其硬度计有着体积小、重量轻、操作简
35、便和可以在各个方位进行试验的优点，所以适合不能在使用试验室内静态力硬度计的场所使用。测试得到的是电压值，计算机对其进行了非常简单的处理，且在测试之后可以直接读取其硬度数据，并在布氏、洛氏、维氏等各种硬度值之间换算。显微硬度测试法是一种通过显微镜观察试件表面硬度痕迹大小来确定材料硬度的测试方法。该方法需要使用一种特殊的显微硬度计，测试时，将试件固定在测试台上，然后在试件表面施加一定载荷的微型金刚石或硬质合金压头。根据测试规则在试件表面取若干测试点进行测试，通过显微镜观察测试点的硬度痕迹大小来确定硬度值在6005A/5083铝合金焊接接头力学试验测得维氏硬度发现6005A母材硬度约为105HV,5
36、083铝合金基材硬度约为85HV,6005A的热影响区的硬度值约75HV硬度相差较大，是硬度值低的软化区为焊接接头的薄弱区。在焊缝中焊接接头的硬度值比母材的低一些TA2/TA2钛合金焊接接头进行硬度测试焊缝区的硬度高于母材和热影响区的硬度。TA2钛合金和T2紫铜焊接接头的维氏硬度大于母材的硬度。2.4 焊接接头力学性能力学性能是指材料在外加载荷作用下所表现的一些性能，焊接接头的力学性能是评价焊接接头质量的重要指标之一。常见的焊接接头力学性能指标包括强度、韧性、硬度、疲劳寿命等。接下来将介绍焊接接头常用的力学性能指标。2.4.1 强度焊接接头的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。常见的强度指标
37、有剪切强度、屈服强度、抗拉强度等。在拉伸试验中，焊缝的抗拉强度则是焊缝在测试过程中所能够经受的最大拉力。屈服强度是焊接接头在拉伸过程中所能承受的最高应力6005A/5083铝合金焊接接头进行拉伸试验测得焊接接头的屈服强度为115.8MPa、抗拉强度为183.6MPa有着良好的力学性能。通过TA2钛合金焊接接头进行拉伸试验测得焊接接头的屈服强度为361.7MPa抗拉强度为393MPa,其强度性能好，TA2钛合金和T2紫铜焊接接头的抗拉强度为171MPa,其抗拉强度好。2.4.2 塑性给一个物体加上一个荷载，在荷载比较小的时候，它会出现一种弹性变形，而如果荷载大于一定的值，它就会出现一种不可逆的变
38、形，这就是所谓的塑性变形。也就是说这种形变是永久性的。材料应具有一定的塑性才能进行各种变形加工品，并且使工件在使用过程中偶尔过载时产生一定的塑性变形，而不使工件突然断裂，提高零件的使用的可靠性。可以通过拉伸试验测量计算出断后伸长率和断面收缩率表达。断后伸长率和断面收缩率数值愈大表示材料的塑性愈好。6OO5A/5O83铝合金焊接接头通过拉伸试验测得断后伸长率8.5%韧性较好。TA2钛合金焊缝区焊缝中心位置的硬度突高与残余针状马氏体，母材和热影响区的硬度值差别不大，但热影响区的硬度值略低于母材对TA2/TA2钛合金焊接接头用拉伸试验分析伸长率31.4%塑性较好与母材相比影响不大对力学性能有着重要影
39、响。2.4.3 韧性焊接接头的韧性是指其在受到冲击或者断裂前所能吸收的能量。韧性指标包括冲击韧性、断裂韧性等反映了材料内部的肉眼无法分析的缺陷和抗冲击能力。冲击韧性值越低吸收功越少对TA2钛合金焊接接头冲击试验所知母材的韧性和塑性最好，焊接接头抵抗冲击能力从母材、热影响区、焊缝区依次降低。3同种材料焊接接头的微观组织表征及力学性能研究钛合金和铝合金具有优异的物理、化学性质，被广泛应用于航空、航天、汽车、电子、医疗等领域。短弧焊是钛合金和铝合金焊接中最为常用的一种方法。随着材料技术的发展，氮弧焊的工艺参数也越来越多，因此对鼠弧焊接工艺进行研究，是提高焊接质量、促进相关行业发展的关键之一。3.1
40、铝/铝合金焊接头微观组织结构及力学性能分析铝合金因强度高、韧性好优点、有质量轻、有较低的焊接热裂纹倾向、良好的低温韧性和抗应力腐蚀好等优点，常作为运载火箭贮箱的主要承力结构件材料被广泛应用在航天领域。铝合金常见的焊接方法有TIG焊、MIG焊、激光焊等。焊接接头各区焊接热循环的作用各不相同，由于材料的差异，这就造成了焊缝不同部位的显微结构和性能差别较大。铝合金因具有导热性高和高的热膨胀系数，对其接头的微观组织和力学性能产生影响,焊接接头的显微组织对其力学性能也有影响。一般而言，铝合金焊接接头的显微组织结构包括了化合物、晶界、铝合金固溶体和沉淀相等。3.1.1 6005A/5083铝合金焊接接头微
41、观组织特征选择的熔化极气体保护焊（TlG焊）做连接方法,选5356铝作为焊丝氧气做保护气,对5083和6005A两种铝合金进行焊接，得到了具有优良力学性质的焊缝。从外观看上形状很好，看不出烧穿、焊瘤、气孔等缺陷。5083/6005A两种铝合金焊接接头的组织结构分析方法主要包括金相显微镜观察、扫描电子显微镜观察、X射线衍射分析等。6005A铝合金具有中等强度、优良的耐腐蚀性和可焊性,5083铝合金是一种含镁金属，并且抗腐蚀好。这两种材料都具有中等强度、塑性好、可焊接性好、耐腐蚀性好的特点。用于汽车、轮船和铁路车辆的结构签件。针对6005A/5083铝合金材料氨弧焊接生产,确保了焊接质量，并提高了
42、生产率,6005A与5083铝合金材料进铝合金材料进行焊接工艺实验和研究，其中，金相显微镜观察可以用于确定铝合金焊接接头中的晶粒尺寸、晶界等信息，扫描电子显微镜观察则可以用于观察接头中的裂纹、氧化物等缺陷。图3.16005A/5083铝合金焊接接头金相组织通过金相分析，6005A/5083铝合金焊接接头金相组织形貌如图3.1所示，a和e分别为6005A和5083铝合金的母材区，b和d分别为6005A热影响区和5083热影响区，C为焊缝区。通过试验发现，6005A和5083铝母材为细晶纤维。6005A母材显微组织为线条状组织，线形结构在横向上均匀而有序地排列。从母材6005A至焊缝的热影响区，可
43、以看到从线形向焊缝过渡的树枝晶。并且在热影响区还存在少量的等轴晶粒。焊缝组织为均匀分布的等轴晶和少量枝晶，是由于冷却速度太快导致了不平衡的固化和存在有一定取向的温度梯度出现的。5083母材区显微组织呈细状晶，晶粒细小，越靠近基材区，显微组织越细密、均匀。在5083的热影响区，没有出等轴晶和枝晶同时存在，而全部是柱状晶区。说明焊缝与5083之间的热影响区性能比另一侧的好。经透射电镜对6OO5A/5O83铝合金焊接接头各区域的亚显微组织分析得知，焊接接头受轧制变形影响很大，在5083母材组织中有大量的位错，没有发现长径较小的短棒状第二相。5083热影响区较母材区域线条平滑，更清晰的微观结构，少量位
44、错密度，并在晶体中均匀地分布着20Onm的短棒状颗粒，数量较多。焊缝区的晶界比较平坦，而晶内的第二相微粒比较稀少。由焊缝区向6005A侧面HAZ方向的转变，在微观结构中发现了多个针形和长条形的第二相。在6005A母材区域，晶粒内部及晶界存在大量椭球状或长径较小的短棒状第二相。通过扫描电镜法发现在焊接接头中靠近5083热影响区组织主要是纤维状、焊缝区组织为等轴晶。试件表面第二相以Ak粒子为主且均用分布，从母材到焊缝镁的含量在减少。在焊接接头中靠近6005A热影响区一边。第二相以MgzSi和Ak粒子为主沿轧制方向分布。且在6005A侧的HAZ镁的含量以低高低形状变化分布很混乱，仅在6005A侧存在
45、Mg元素偏析。在铝合金焊接中，铝合金高的热导率高和线膨胀系数易氧化，极易出现气孔和裂纹。气孔是铝合金氨弧焊接中常见缺陷，是因为焊接区域中存在氢气、水分、油脂等杂质，以及焊接材料中的氧化物等原因造成的。气孔缺陷的外观通常呈现为焊缝内部有圆形或椭圆形的孔洞，影响焊接接头的力学性能。为了避免气孔缺陷，需要在焊接前彻底清理焊接区域，尽量避免杂质进入焊接区域。此外，在焊接过程中，需要控制焊接材料和母材的氧化程度，并适当提高氮气流量，减少气孔的产生。在铝合金氤弧焊接过程中，由于热应力、焊接变形和膨胀系数高等因素，产生脆性温度低熔点共晶和形变导致焊接接头发生裂纹缺陷。要避免裂纹的产生首先要合理工艺参数、材料
46、和焊丝直径，控制母材和焊丝的成分，焊前对母材加热，可有效降低焊接时的热应力及变形。应严格清除保护气氛中的气体，以减少原材料中气体，理选择焊接顺序。加入晶粒细化剂防止出现晶粒粗大。合理选择焊接形式和焊缝。3.1.2 6005A/5083铝合金焊接接头的力学性能测试6005A/5083铝合金氧弧焊接接头力学性能测试通常用硬度测试、拉伸试验、冲击试验、疲劳试验等，而拉伸试验是测定材料力学性能的手段之一。测定计算的抗拉强度、屈服强度、硬度值和断裂伸长率数值见表3.1。表3.16005A/5083铝合金焊接接头力学性能样品编号抗拉强度/MPa屈服强度/MPa断裂伸长率/%备注1186.5117.710.
47、1焊缝优化后，焊接后退火2183.2114.58.1焊缝优化后，焊接后退火3181.1115.27.2焊缝优化后，焊接后退火平均值183.6115.88.5如图3.2所示通过焊接接头的拉伸试验测得焊接接头的屈服强度为115.8MPa、抗拉强度为183.6MPa和延伸率为8.5%o发现在6005A侧的热影响区发生拉伸断裂为力学性能薄弱区。表3.26005A/5083铝合金焊接接头硬度曲线区域6005A母材区6005A热影响区焊缝区5083热影响区5083母材编号I2345678910Il12131415维氏硬1051051061035370697073838385858684度/HV通过维氏硬度
48、方法对焊接接头的两种铝合金母材、焊缝和热影响区进行硬度测试结果如表3.2所示，在测试中发现6005A母材硬度约为105HV,靠近6005A的热影响区的硬度值约75HV比较另一侧的宽，因硬度相差较大，发现有一部分因Mg元素分布不均而存在硬度值低的软化区为焊接接头的薄弱区。在焊缝中焊接接头的硬度值比母材的低一些，5083母材和热影响区的平均硬度值分别是85HV和83.69HV为相差不大力学性能好。通过过对其焊接接头力学性能测试得到结论：（1）焊接接头的抗拉强度、屈服强度和伸长率的平均值分别是183MPa、115MPa8.5%,由此可见其机械性能好。（2）焊接接头硬度值为低于两种铝合金母材硬度。6005A与5083铝合金热影响区接近6005A的热影响区区硬度显著变软为薄弱区。3.2 钛/钛合金焊接接头微
