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洪 鹤等（沈阳工业大学）

摘 要：ZL114A铸造铝合金用于生产飞机及导弹上较重要的零部件，铸造铝合金存在裂纹、气孔等缺陷需用焊接方法进行修复，叙述了焊接工艺对ZL114A铸造铝合金金相组织及对机械性能的影响。

关键词：铸造；铝合金；缺陷；焊接；金相

    ZL114A铸造铝合金主要用于工业生产及国防装备中的重要零件。这些铸件形状复杂，要求抗拉强度高且不允许有裂纹、夹渣、缩松等缺陷存在。由于铸造铝合 金受工艺影响存在偏析、夹渣、气孔、裂纹等缺陷，按专业技术标准验收是决不允许的，如导弹壳体是要求很严的军品，不允许存在直径大于1mm以上的缺陷。因 此目前要想解决这个问题，不造成浪费，只能用焊接的方法进行修复。本文将对导弹壳体采用焊接方法修复铸造缺陷，防止产生焊接缺陷，如夹钨等以及焊接后的金 相组织做一论述。

1  ZL114A的焊接工艺

导弹壳体内部有很多筋以提高刚度，这就形成很大的拘束度。不能保证成功冷焊导弹壳体。必须根据所焊处的厚度对零件整体加热，加热升温预定值后还需保持三十分钟以上以待升温均匀。导弹壳体预热温度与厚度关系如图$所示。

图1  预热温度与厚度关系

ZL114A 铝合金的导热性能好，导弹壳体又很大，焊接电流相应也大。NSA-500交流钨极氩弧焊机可以满足长时间的焊接要求。实践证明，钨极直径在5毫米，焊接电 流在240～250A以下便不会夹钨，超过这个限度钨极便会由于熔化而形成夹钨，而且连续焊接时间越长，夹钨越严重。

许多铸造铝合金都可以用焊接工艺修补缺陷，焊补处性能高于母材，从金相照片上可以看出焊缝晶粒致密，从机械性能方面看，焊后性能符合要求。

2  ZL114A铸造铝合金不同的焊接电流对金相组织的影响

ZL114A属Al-Si-Mg系合金。铁及其它杂质很少，具有优良的铸造性能，流动性好，收缩率小，热裂倾向小。ZL114A的牌号为ZAlSi7Mg1A，化学成分如表1所示。

为了在焊接过程中补充烧损合金，使焊缝成分接近母材，使用了自制的与母材成分相近的焊丝。化学成分如表2所示：

取8mm厚导弹壳体进行焊接试验，加热300℃，取不同焊接电流进行焊接，分别为170A（见图2a）、190A（图2b）、210A（图2c）、240A（图2d）、母材组织为α(Al)，截取金相试样用0.5%HF酸腐蚀放大100倍，观察金相组织。

a                                              b

c                                        d

e

图2  ZL114A焊缝金相组织

a                                            b

c

图3  ZL114A经T6处理（530℃10h+160℃6h）的金相组织

如图2所示，不同电流焊接后焊接金相组织与母材差异不大，只是晶粒大小有所区别,金相组织为白色树枝状晶α(Al)，树枝间隙中为（α+Si）共晶体及少量Mg₂Si、Al₃Ti，图2金相观察表明，焊缝组织比母材组织晶粒细小、致密度高，随着焊接电流的增大，焊缝晶粒在增大，图2a、b焊缝晶粒细密；c、d焊缝晶粒较大，尽管c、d焊缝晶粒较大，仍小于母材晶粒，故对性能来讲均满足要求。

分别取图2a、c、e，经T6（固溶处理加时效）后，金相组织如图3a、b、c所示。

金相组织观察表明，焊缝组织与母材组织晶粒变的细小，白色树枝状为初生α(Al)，树枝间隙中为（α+Si）共晶体，共晶Si为颗粒状。

ZL114A合金中都有Mg₂Si、Al₃Ti相，在热处理过程中固溶强化相溶入固溶体中，在淬火快速冷却时来不及分解，得到过饱和固溶体，产生固溶强化相，提高了合金的强度、硬度和塑性。

由于采用同种材质的焊丝填补焊缝，且焊缝容池由于凝固速度快，不易形成粗大的柱状晶，有利于提高焊缝的机械性能。而且焊缝与母材同步变化，维持了与母材机械性能的一致性。

焊 后对焊缝金属的机械性能试验表明，热处理前试棒均断裂在母材处。金相观察证明，母材系铸造组织，晶粒较粗大。热处理后5根试样断裂在母材，2根断裂在焊 缝。金相观察焊缝处，其金相组织与母材一致，无法分辨。这说明焊缝在热处理后仍保持了机械性能优良的特点，试样结果表明，7根试样抗拉强度均大于 300MPa，达到了母材的技术要求。

3  结论

(1) ZL114A铸造铝合金经焊接及热处理后，金相组织接近母材，焊缝组织晶粒小于母材，证明所选焊丝适用于焊接ZL114A铸造铝合金。

(2) 从金相照片可以看出，焊接电流不同，金相组织不同，电流增大，晶粒增大。

(3) 经热处理后，Si相成颗粒状，母材及焊缝组织晶粒细化，从而使机械性能提高，达到300MPa以上。

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