摘要
7XXX铝合金具有重量轻、比强度高以及可热处理强化等特点，广泛应用于航空航天、轨道交通和汽车制造等领域。但其焊后易出现液化裂纹，是其焊接结构推广应用的主要技术瓶颈。因此评估和抑制7XXX铝合金焊接接头液化裂纹产生，具有重要的理论意义和工程应用价值。 本文从调控焊缝/工件凝固固相百分数匹配关系抑制焊接液化裂纹产生这一思路出发，针对7075铝合金，设计Al-Cu-Si与Al-Zn-Mg-Cu系焊丝，并开展接头液化裂纹敏感性与力学性能研究。通过计算焊缝、工件对应的固相百分数随温度的变化曲线，揭示液化裂纹产生机理。在此基础上，通过建立有限元模型，进一步将焊接过程中固相百分数的动态分布可视化，量化评估使用不同填充丝时接头的液化裂纹敏感性。本文主要研究内容及结论如下: (1)基于横向拘束环形焊缝裂纹试验，评价使用Al-Cu-Si、Al-Zn-Mg-Cu、2319与5356不同焊丝条件下，7075铝合金TIG焊液化裂纹敏感性。结果表明，接头液化裂纹敏感性由高至低依次为:7075/5356＞7075/2319＞7075/Al-Cu-Si系自制焊丝＞7075/Al-Zn-Mg-Cu系自制焊丝。固相析出百分数的计算表明，5356和2319固相百分数与半熔化区相差较大，其次为Al-Cu-Si系，Al-Cu-Mg-Zn系相差最小。在冷凝过程中，若焊缝析出固相百分数远高于工件部分熔化区处，则后者受到前者冷凝收缩的牵拉作用，导致液化裂纹产生于两者界面处。当冷凝过程中焊缝与工件固相百分数相差不大时，液化裂纹不易产生。 (2)在考虑液固相变对材料属性影响的条件下，建立7075铝合金TIG焊有限元模型。其中应力场计算结果表明，在横向拘束环形焊缝裂纹试验中，环形焊缝的外侧受到拉应力的作用。温度场计算表明，7075自熔焊时，焊缝与半熔化区的固液相线温度连续，5356、2319、Al-Cu1.5-Si4.5、Al-Cu3.0-Si2.5、 Al-Cu4.5-Si1.5焊接焊缝的固液相线均大于半熔化区，Al-Cu2.2-Mg2.0-Zn7.8、 Al-Cu2.3-Mg2.3-Zn6.6焊接焊缝的液相线均小于半熔化区。固、液相百分数分布与温度场分布的趋势保持一致。 (3)基于平板对接试验，在液化裂纹减小的基础上，评估Al-Cu-Si、Al-Zn-Mg-Cu、2319与5356焊丝接头强度及硬度。接头强度表明Al-Cu4.5-Si1.5焊丝焊接时最好，为286.82Mpa，断后伸长率为2.43％，Al-Cu2.3-Mg2.3-Zn6.6焊接为279.40MPa，断后伸长率为2.176。Al-Cu2.3-Mg2.3-Zn6.6接头硬度最低为124.2HV，Al-Cu4.5-Si1.5最低硬度为110.4HV，Al-Cu2.3-Mg2.3-Zn6.6接头综合性能最优。5356、2319、Al-Cu4.5-Si1.5、Al-Cu1.5-Si4.5、Al-Cu3.0-Si2.5和Al-Cu2.3-Mg2.3-Zn6.6断口形貌均为准解理断裂;7075主要为穿晶断裂，伴有少量沿晶断裂特征;Al-Cu2.2-Mg2.2-Zn7.8为沿晶断裂特征。
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