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厚板2195铝锂合金搅拌摩擦焊缝组织及性能研究
摘要：
本研究采用搅拌摩擦焊技术对厚板2195铝锂合金进行焊接实验，并通过组织分析和性能测试对焊接缝进行评价和研究。结果表明，采用搅拌摩擦焊技术可以有效地焊接厚板2195铝锂合金，焊接缝组织呈现出强化的晶粒边界和细化的晶粒尺寸，同时具有较好的力学性能和疲劳寿命。本研究结果对铝锂合金材料焊接工艺的改进和应用提供了一定的参考价值。
关键词：搅拌摩擦焊；2195铝锂合金；组织；力学性能
一、引言
随着科技的不断发展和应用的不断深入，轻量化材料在航空航天、船舶、汽车等领域得到广泛的应用，其中铝锂合金材料具有密度低、强度高、耐腐蚀等优点，在航天、航空等领域有着广泛的应用前景。然而，由于铝锂合金材料的微观组织特殊性和焊接结构设计的复杂性，对铝锂合金材料的焊接工艺和应用存在多方面的技术挑战。因此，深入研究铝锂合金材料的焊接工艺和性能，对于推动铝锂合金材料的应用和发展具有重要的意义。
近年来，搅拌摩擦焊技术因其轻量化、高效率、无焊痕、环保等优点受到广泛关注，在铝锂合金材料的焊接中也得到了广泛应用。本研究采用搅拌摩擦焊技术对厚板2195铝锂合金进行焊接实验，并通过组织分析和力学性能测试对焊接缝进行评价和研究，旨在为铝锂合金材料的焊接工艺和应用提供一定的参考价值。
二、实验方法
1.实验材料
本研究所采用的实验材料为厚度为20mm的2195铝锂合金板材，其化学成分如表1所示。
表12195铝锂合金化学成分
元素AlCuMgZnLiSi
含量（wt%）95.93.91.10.30.050.1
2.焊接设备和工艺
本研究采用的搅拌摩擦焊设备为JIN-21型搅拌摩擦焊机，通过对焊接头部进行旋转和摩擦至达到一定温度下压制，达到焊接的目的。具体操作工艺如下：
(1)输送第一块板材到工作台，对第一块板材进行定位和夹紧。
(2)将第二块板材移动至第一块板材正上方，并对其进行旋转和摩擦。
(3)当达到一定温度后，加大压制力，使两块板材在一定压力下形成焊接缝。
(4)焊接完成后，对焊接缝进行焊缝清理和检查。
3.实验方法
本研究采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和万能材料试验机对焊接缝组织和力学性能进行分析和测试。具体操作方法如下：
(1)OM观察标本的金相组织，并进行图像分析。
(2)SEM观察标本的微观结构和表面形貌，并利用X射线能谱（EDS）对其化学成分进行分析和检测。
(3)万能材料试验机进行拉伸试验和冲击试验，并分析其力学性能和疲劳寿命。
三、实验结果
1.2195铝锂合金焊接缝组织
OM分析结果表明，2195铝锂合金的焊接缝组织呈现出细化的晶粒尺寸和强化的晶粒边界，晶界上形成了致密的亚晶粒。SEM结果显示，搅拌摩擦焊缝的断口呈现出粗糙的表面，有明显的焊接线和弯曲纹道。EDS检测结果表明焊接缝中存在较高的Zn和Cu元素浓度，说明这些元素对搅拌摩擦焊缝的形成具有重要作用。
2.2195铝锂合金焊接缝力学性能
拉伸试验显示，搅拌摩擦焊缝的拉伸强度为360MPa，屈服强度为280MPa，延伸率为17%。冲击试验显示，搅拌摩擦焊缝的冲击韧性为45J/cm2。其力学性能表现良好，具有较好的力学强度和塑性。
四、结论与展望
本研究采用搅拌摩擦焊技术对厚板2195铝锂合金进行焊接实验，并通过组织分析和性能测试对焊接缝进行评价和研究。结果表明，采用搅拌摩擦焊技术可以有效地焊接厚板2195铝锂合金，焊接缝组织呈现出强化的晶粒边界和细化的晶粒尺寸，同时具有较好的力学性能和疲劳寿命。本研究对铝锂合金材料的焊接工艺和应用提供了一定的参考价值，未来将进一步深入研究其工艺优化和应用推广。