2A12鋁合金焊接接頭塑性提高的研究

劉建偉， 由力鵬， 王樹明， 原 星， 李子青， 溫杰龍

（山西北方機械制造有限責任公司， 山西 太原 030009）

武器裝備的輕量化是一項重要的戰(zhàn)術技術指標，是提高武器裝備作戰(zhàn)性能的主要方向，是提高作戰(zhàn)部隊，尤其是輕型部隊和快速反應部隊戰(zhàn)略和戰(zhàn)役戰(zhàn)術機動性的主要途徑。為滿足火炮高度機動性的要求，尤其是空運空投作戰(zhàn)需要，火炮輕量化是現(xiàn)代火炮的發(fā)展趨勢之一，大量應用高性能的輕質材料是實現(xiàn)火炮輕量化的重要技術途徑。隨著武器裝備輕量化要求的提高，鋁合金焊接構件在兵器裝備中的應用越來越廣泛，如彈藥輸送車的架體、箱體、車載炮彈藥架等。

山西北方機械制造責任有限公司某產品，選用鋁合金2A12-H112 材料，為了達到產品的要求，從焊接材料的選擇上，進行了一系列的研究。

1 試驗過程及結果分析

1.1 試樣制備

試驗用母材為2A12-H112 鋁合金，經(jīng)過查閱焊接手冊和相關資料介紹，2A12-H112 材料屬于鋁-銅系鋁合金，是一種硬鋁鋁合金，它的主要強化相為CuAl2 和Al2CuMg 相，其結晶形狀為針狀，屬于可熱處理強化鋁合金。它的焊接有形成結晶裂紋的傾向。其化學成分（GB/T 3190—2008）和力學性能見表1和表2，試板尺寸見圖1，坡口形式為V 形，焊接方式為對接焊。

表1 鋁合金2A12 化學成分 %

1.2 焊接方式

用Panasonic YC-300WX N 型鎢極氬弧焊機進行焊接，焊前用化學方法清洗試板，放置時間超過24 h 的用不銹鋼絲刷打磨試板坡口兩側20 mm 范圍內的氧化膜等雜質，選用ER4043 焊絲和ER5087焊絲，二者均為光亮直絲，直徑為Φ2.5 mm。按表3所示工藝參數(shù)進行焊接，焊后進行檢驗，焊縫外表面應光滑，不允許有裂紋、氣孔等缺陷。

表2 鋁合金2A12 力學性能

圖1 母材尺寸及坡口尺寸（mm）

表3 焊接工藝參數(shù)

1.3 試驗方法

焊后，按NB/T 47013.2—2015《承壓設備無損檢測第2 部分：射線探傷》對焊縫進行射線探傷，有缺陷的部位在試板上要有明顯的標識。按下頁圖2 所示進行取樣，避開有缺陷的位置。按GB/T 2651—2008《焊接接頭拉伸試驗方法》進行拉伸試驗。

2 試驗結果及分析

經(jīng)拉伸試驗，出具理化報告，結果如下頁表4 所示。

由下頁表4 可知，ER4043 焊絲接頭的抗拉強度平均為226 MPa，達到母材的65.7%。延伸率為3.5%，達到母材的33.3%。

經(jīng)過資料查閱和調研，ER4043 焊絲成分和性能見表5、表6 和表7，通過分析，ER4043 焊絲是一種鋁硅焊絲，它主要化學成分是鋁，其塑性好，而加硅的主要作用是為了增加流動性，因此，采用鋁硅ER4043 焊絲，是能保證焊接接頭的抗開裂性較好的一種焊接材料，而鋁合金又是一種流動性不好的合金，焊絲增加了4.5%～6%的硅，將使熔池金屬的攪拌作用更強，增加焊縫的質量。

圖2 試樣裝配焊接及取樣位置示意圖（mm）

表4 母材及不同焊絲接頭的抗拉強度和延伸率

分析：可看出延伸率只有3.5%左右；而抗拉強度也僅有220～230 MPa，斷裂部位均發(fā)生在焊縫部位。說明焊縫性能反映了焊絲焊接的實際質量，根據(jù)探傷及斷口分析，焊接質量無缺陷。充分說明焊絲的選擇局限了接頭的性能，而不能滿足設計的需求。

由表4 可知，ER5087 焊絲接頭的抗拉強度平均為269.5 MPa，達到母材的87.8%。延伸率為10.5%，達到母材的75%。

表5 焊絲ER4043 化學成分 %

為了探求更高的接頭性能，調整焊接材料——焊絲，而ER5087 焊絲，其成分見表8，該焊絲主要成分是鎂成分，是鋁鎂合金焊絲，其鋁鎂合金像所有固溶體型合金，具有高的塑性和耐蝕性，及相對低的強度和低的應力集中敏感性。

表6 ER4043 物理特性

表7 ER4043 焊絲機械性能 %

表8 焊絲ER5087 化學成分

以上分析：可看出延伸率達到5%以上；而抗拉強度也達到260 MPa 以上，斷裂部位均發(fā)生在母材部位。說明焊縫性能優(yōu)于母材，根據(jù)探傷及斷口分析，焊接質量無缺陷。

3 ER5087與ER4043焊接接頭比較

分析對比：比較兩種焊絲焊接的焊接接頭理化報告，其力學性能，ER5087 焊絲接頭性能優(yōu)于ER4043 焊接的接頭。通過對T1 狀的對比焊接，焊接性基本相同，均無缺陷的產生。ER5087 焊絲焊接的接頭性能延伸率提高了近2～3 倍，完全滿足產品的設計要求。

充分說明焊絲ER4043 的選擇局限了接頭的性能，而不能滿足設計的需求。而ER5087 焊絲，力學性能滿足設計要求，接頭無缺陷，滿足產品的需求。

4 結論

與 ER4043 焊絲相比，ER5087 焊絲焊接的2A12-H112 鋁合金，力學性能特別是延伸率優(yōu)于ER4043 焊絲焊接的接頭，強度和塑性都有很大的提高，可以滿足