戴　军，张　娜，杨　莉，徐珠睿，张尧成，郭国林

2219铝合金变极性等离子弧焊接接头

戴军1，张娜2，杨莉1，徐珠睿1，张尧成1，郭国林1

（1.常熟理工学院机械工程学院，江苏常熟215500；2.华北水利水电大学机械学院，河南郑州450000）

采用变极性等离子弧焊接技术对2219铝合金进行焊接，并通过光学显微镜、硬度计等分析和测试其焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明，2219铝合金采用变极性等离子弧焊接能得到良好的焊缝，焊缝组织晶粒比母材细小，焊缝区域硬度小于母材硬度。

铝合金；变极性等离子弧；微观组织

0　前言

2219铝合金是由美国发明生产的变形铝及铝合金，其耐腐蚀性能较差，钎焊性差，但是机械加工性能好，适用于电弧焊和点焊。可用于315℃下工作的结构件、高强度焊接件,在航空航天领域有广泛应用。变极性等离子弧焊因其焊接品质高、焊接效率高、成本低、变形小的特点，在欧美发达国家已经广泛地应用于航空航天企业，是一种成熟的铝合金焊接工艺方法，可实现不开坡口一次焊透20 mm的铝合金，非常适合中厚板铝合金的焊接[1-2]。

对于变极性等离子弧焊接工艺和电源研究较多[3-6]，陈剑虹[7]对2219铝合金采用上坡焊的方法进行焊接，发现当焊接倾角大于等于30°时成形良好，小于等于30°则成形困难。韩永全[8]对15mmLD10铝合金进行了立焊工艺研究，发现正极性电弧对力更具影响，反极性电弧对热更具影响，实时保持穿孔熔池上热和力的平衡是焊接过程稳定的关键因素。目前对于变极性等离子弧焊接研究主要集中在工艺控制和电源开发，但对2219铝合金变极性等离子弧焊接组织和性能相关报导较少。本研究采用变极性等离子弧焊接技术对2219铝合金进行焊接，分析焊接接头的微观组织和显微硬度。

1　实验方法及材料

试板采用6 mm厚2219铝合金板，其化学成分如表1所示。

试板尺寸100 mm×50 mm×6 mm，使用LHME-500变极性等离子弧焊机进行对接焊。焊前，采用机械方法清理铝合金表面氧化膜，再用丙酮擦拭。焊后，采用Zeiss光学显微镜观察试件接头的显微组织，并用显微硬度计测试焊接接头硬度。

表1　2219铝合金化学成分Tab.1Chemical compositions of three alloys％

母材的组织如图1所示，白色的Al基体组织颗粒较大，在金相显微镜下呈块状分布，晶界上黑色的组织为CuMn2Al12，呈线状分布在各个铝基体之间。

图1　母材显微组织Fig.1Microstructure of base metal

2　实验结果

2.1焊接接头熔合线组织

焊接熔合线组织如图2所示，图中左下方是母材区域，试样晶粒明显粗大，Al基体较大，CuMn2Al12以线状分布在Al的晶界处；图片右上方是焊缝区域，Al基体晶粒开始变小，Al-CuAl2共晶组织出现，Al晶界组织增多。

图2　焊接接头熔合线组织Fig.2Microstructure of the welded joint

2.2焊缝中心显微组织

焊接接头焊缝中心显微组织如图3所示，图中浅色部分是Al基体组织，分散比较均匀，在金相显微镜下呈现不规则分布；深色部分组织是Al-CuAl2共晶组织，呈点状分布，分布均匀，基本弥散分布在整个铝基体上。

图3　焊缝显微组织Fig.3Microstructure of the fusion zone

2.3焊接接头显微硬度

焊接接头显微硬度值如图4所示，对焊缝上部、中部和下部分别进行硬度测试，可以看出，母材硬度在80 HV以上，焊缝区域硬度约为70 HV，母材区域硬度大于焊缝区域硬度。

图4　焊接接头显微硬度值

3　结论

（1）6 mm厚2219铝合金采用变极性等离子弧焊接可以获得成形良好的焊接接头。接头熔合区域为Al-CuAl2共晶组织，呈点状弥散分布在整个铝基体上。

（2）焊接接头焊缝区域显微硬度值较低，约为70，母材区域显微硬度约为80 HV，主要是由于两个区域显微组织差异造成的。

[1]米国发，赵大为，牛济泰.铝合金平板变极性等离子弧焊数值模拟与残余应力预测[J].热加工工艺，2009（5）：104-106.

[2]陈克选，李鹤岐，李春旭.变极性等离子弧焊研究进展[J].焊接学报，2004，1（1）：124-128.

[3]吕耀辉，殷树言，陈树君，等.变极性穿孔等离子弧焊接系统的研制[J].电焊机，2004，34（5）：29-31.

[4]吕耀辉，陈淑君，殷树言.铝合金变极性等离子弧焊接电源的研制[J].航天制造技术，2003，46（2）：3-5.

[5]满伯倩，张铁.变极性等离子弧焊设备及其铝合金焊接工艺研究[J].上海航天，2006，23（2）：61-64.

[6]韩永全，陈树君，殷树言，等.变极性等离子电弧稳定性及其控制[J].焊接学报，2008，29（4）：18-20.

[7]陆成虹，罗志强，杨学勤，等.2219铝合金变极性等离子弧穿孔焊接工艺研究[J].航天制造技术，2009（6）：23-25.

[8]韩永全，陈树君，殷树言，等.大厚度铝合金变极性等离子弧穿孔立焊技术[J].机械工程学报，2006，42（9）：144-148.

Page 55

图6　焊缝中心横坐标曲线

4　结论

（1）建立微间隙焊缝磁光检测系统，利用焊缝与母材在外加磁场作用下成像，获取焊缝区域信息。

（2）研究一种基于遗传算法的微间隙焊缝阈值分割算法，能有效提取焊缝边缘。

[1]Cheng Yuhua，Deng Yiming，Bai Libing，et al.Enhanced laser-based magneto-optic image system for nondestructive evaluation applications[J].IEEE Transactions on instrumentation and measurement，2013，62（5）：1192-1198.

[2]高向东,甄任贺.微间隙焊缝磁光成像检测方法[J].焊接学报,2014,35（4）：11-14

[3]郭祖魁.摆动电弧焊缝跟踪技术的研究现状[J].电焊机，2009，39（4）：36-38.

[4]李宁，喻宁娜，莫胜撼，戴建树.激光视觉传感焊缝跟踪系统[J].电焊机，2013，43（5）：105-108.

[5]丁度坤，高向东.基于遗传算法的焊接熔池检测[J]，焊接技术，2013，43（1）：18-21.

[6]宋家慧.基于遗传算法的最大熵阈值的图像分割[J].电子工程师，2005，31（2）：60-63.

[7]夏桂梅，曾建潮.一种基于轮盘赌选择遗传算法的随机微粒群算法[J],计算机工程与科学，2007，29（6）：51-54

Research on VPPA welding of 2219 Al alloy

DAI Jun1，ZHANG Na2，YANG Li1，XU Zhurui1，ZHANG Yaocheng1，GUO Guolin1
（1.School of Mechanical Engineering，Changshu Institute of Technology，Changshu 215500，China；2.Mechanical Institute，North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou 450000，China）

The welding process of 2219 Al alloy was studied using variable polarity plasma arc（VPPA），the microstructure and hardness properties of the welding joint had been analyzed and tested.The results show that the 2219 Al alloy can be well joined using VPPA. The microstructure of the fusion zone is small.The hardness of fusion zone is lower than the base metal.

Al alloy；VPPA；microstructure

TG456.2

A

1001－2303（2016）01－0113-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.01.26

2014－10－08

江苏省高校自然科学研究项目(13KJB430001);苏州市科技计划项目（SYG201348）；常熟理工学院校级项目(KYZ2013004Z)

戴军（1964—），男，江苏泰兴人，讲师，博士，主要从事材料焊接及表面改性技术的研究工作。