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硬铝合金由于具有较高的强度、硬度,较低的密度,在航空航天和轨道交通中应用非常广泛。但是由于其特有的物理性能使其焊接性不佳。当采用低强度异质焊丝进行焊接时,接头强度下降得非常明显。为了提高硬铝合金焊接接头的强度,将机械振动引入到硬铝合金的TIG焊过程中。主要采用拉伸、硬度、金相、X射线衍射、扫描电镜、能谱和透射电镜等实验,对不同工艺参数下焊接接头的组织性能进行分析,并研究机械振动对焊缝金属凝固过程的作用规律和影响机理。首先,对硬铝合金TIG焊焊接工艺和焊接材料进行研究。结果表明,ER4043焊丝为填充金属的接头拉伸时基本断裂在焊缝中心,拉伸断口中存在韧窝和局部解理区。在焊接电流I=115A时,接头抗拉强度σb=285.32MPa,伸长率δ=4.83%,焊缝中心组织为等轴树枝晶,晶界有较多的共晶Si富集。ER2319焊丝为填充金属的接头拉伸时断裂在焊缝中心,拉伸断口存在较多韧窝。焊接电流I=110A时,抗拉强度σb=235.05MPa,伸长率δ=6.3%,焊缝中心组织为粗大的柱状树枝晶,熔合区为粗大的柱状晶,近缝区组织出现网格状晶界。焊缝和近缝区晶界析出相主要是CuAl2。热影响区中的过时效区存在明显的软化现象。热影响区中的固溶区经自然时效后有沉淀强化相(S′)析出。其次,研究了振幅和频率对焊接接头组织与性能的影响。接头拉伸时基本断裂在焊缝的熔合区。接头拉伸性能随着振幅(0.03mm-0.06mm)或频率(30Hz-60Hz)的增加呈先增加,后降低的变化趋势。在振幅H=0.05mm时,接头抗拉强度σb=283.31MPa,伸长率δ=5.20%;在频率F=50Hz时,接头抗拉强度σb=280.31MPa,伸长率δ=4.96%。振幅和频率较低时,焊缝中心组织为粗大的等轴树枝晶和胞状树枝晶;振幅和频率较大时,焊缝中心组织为细小的等轴树枝晶和胞状树枝晶。最后,对振动参数与硬铝合金焊接工艺之间的匹配进行了正交实验优化。优化后的工艺参数为:I=110A,H=0.05mm,F=50Hz。优化后的接头抗拉强度σb=289.68MPa,伸长率δ=4.95%。焊缝中心组织为细小的等轴树枝晶和生长方向与振动方向一致的胞状树枝晶。X射线衍射实验表明,优化后的接头焊缝组织比无振动的接头焊缝组织更细小。