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法蘭

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2219鋁合金法蘭

來(lái)源:法蘭|對(duì)焊法蘭|不銹鋼法蘭|法蘭盤(pán)|法蘭廠(chǎng)家-重慶巨人管道配件有限公司     發(fā)布時(shí)間:2024-08-22 15:54:33     瀏覽次數(shù):

  2219鋁合金屬于A(yíng)l-Cu-Mn系可變形強(qiáng)化、熱處理強(qiáng)化的高強(qiáng)度硬質(zhì)鋁合金,該鋁合金具有熱裂紋傾向低、斷裂韌度高、質(zhì)量小、低溫性能好等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。

  在對(duì)某型號(hào)箱底壁板2219鋁合金法蘭進(jìn)行焊接后的射線(xiàn)檢測(cè)時(shí),發(fā)現(xiàn)其焊縫區(qū)域位于疑似裂紋的條狀缺陷,條狀缺陷位于焊縫的熱影響區(qū),與焊縫夾角約為90°。該法蘭為鋁鍛件,熱處理狀態(tài)為淬火+人工時(shí)效,最大外徑為170mm,最大高度為40mm,與法蘭連接的壁板材料為2219鋁合金,連接方式為兩面三層焊,手工焊接。研究人員采用宏觀(guān)觀(guān)察、化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測(cè)試、金相檢驗(yàn)、掃描電鏡(SEM)和能譜分析等方法對(duì)裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析,并提出改進(jìn)措施,以防止該類(lèi)問(wèn)題再次發(fā)生。

  理化檢驗(yàn)

  1、宏觀(guān)觀(guān)察

  2219鋁合金法蘭的宏觀(guān)形貌如圖所示,其中白亮色區(qū)域?yàn)槿斯ご蚰^(qū)域。2219鋁合金法蘭焊縫條狀缺陷的宏觀(guān)形貌如圖所示,圓框中為條狀缺陷。由圖可知:疑似裂紋的條狀缺陷位于焊縫熱影響區(qū),呈彎曲的線(xiàn)條狀,條狀缺陷與焊縫垂直,未發(fā)現(xiàn)明顯的冶金缺陷。

  2、化學(xué)成分分析

  在法蘭鍛件的條狀缺陷附近取樣,并對(duì)試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果如表所示。由表可知:法蘭鍛件的化學(xué)成分滿(mǎn)足GB/T 3190—2020 《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》對(duì)2219鋁合金的要求。

  3、力學(xué)性能測(cè)試

法蘭

  在法蘭鍛件條狀缺陷附近截取試樣,并對(duì)試樣進(jìn)行布氏硬度測(cè)試。試樣的布式硬度測(cè)試結(jié)果為121 HBW10/1 000,測(cè)試結(jié)果滿(mǎn)足GJB 2057—1994 《航天用LY19鋁合金鍛件規(guī)范》對(duì)2219鋁合金的要求(標(biāo)準(zhǔn)布式硬度不小于100 HBW10/1 000)。

  4、金相檢驗(yàn)

  在條狀缺陷處截取試樣,將試樣鑲嵌、磨拋、腐蝕后,再將其置于光學(xué)顯微鏡下觀(guān)察,結(jié)果如圖所示。由圖可知:法蘭焊縫熱影響區(qū)的顯微組織為不同晶粒取向的α(Al) 基體和彌散分布于α基體中的θ相,部分α相晶粒存在晶界加粗的現(xiàn)象,條狀缺陷沿著加粗的晶界萌生并擴(kuò)展;遠(yuǎn)離條狀缺陷部位的顯微組織無(wú)晶界加粗現(xiàn)象。

  5、掃描電鏡和能譜分析

  采用掃描電鏡及其配備的能譜儀對(duì)晶界加粗和條狀缺陷部位進(jìn)行能譜分析,能譜分析位置如圖所示,能譜分析結(jié)果如表2所示。由表2可知:晶界加粗部位的主要成分為Al、Cu元素,條狀缺陷部位的主要成分為Al、Cu元素和少量Fe元素,說(shuō)明晶界加粗部位含有Al2Cu相(θ 相),條狀缺陷部位含有Al2Cu相和少量Al7Cu2Fe相,同時(shí)條狀缺陷部位存在氧化痕跡。α(Al) 相中Cu元素的極限固溶度為5.65%,但2219鋁合金中Cu元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.11%,可知其顯微組織中存在一定量的Al2Cu相(θ相)。2219鋁合金法蘭焊接過(guò)程中的持續(xù)高溫使分布于晶界的低熔點(diǎn)Al2Cu相(θ相)和Al7Cu2Fe相熔化,造成晶界局部復(fù)熔,從而引起晶界加粗,局部晶界復(fù)熔會(huì)使材料的強(qiáng)度、韌性與疲勞性能急劇降低,在外加載荷的作用下,晶界復(fù)熔處首先形成裂紋(即顯微組織中的條狀缺陷),使得該法蘭承受載荷的能力大大降低。

  使用外力將試樣沿條狀缺陷掰開(kāi),斷口由暗灰色區(qū)域和光亮區(qū)域組成,斷口表面未見(jiàn)明顯的夾雜物等冶金缺陷。

  將斷口置于下觀(guān)察,結(jié)果如圖所示。由圖可知:暗灰色區(qū)域?yàn)榇植诘捻g窩,光亮區(qū)域?yàn)槠交谋砻?粗糙的韌窩區(qū)是在外力作用下新生成的,且在外力作用下,新生的斷口無(wú)疏松、夾雜等冶金缺陷,韌窩尺寸較為均勻;平滑表面區(qū)發(fā)生晶間液化,這是因?yàn)?219鋁合金法蘭焊接過(guò)程中的持續(xù)高溫使分布于晶界的Al2Cu相(θ相)和Al7Cu2Fe相熔化。晶界液化使材料的承載能力降低,在結(jié)構(gòu)應(yīng)力和熱應(yīng)力的共同作用下,液化晶界出現(xiàn)分離,即斷口宏觀(guān)形貌中的光亮區(qū)域?qū)?yīng)顯微組織中的條狀缺陷處。

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