Experimental Evaluation and Characterization of Electron Beam Welding of 2219 AL-Alloy

Abstract

Aiming to reduce the weight of components, thus allowing a profit in terms of energy saving, automotive industry as well as aircraft industry extensively uses aluminum alloys. The most widely used joining technology in aircraft industry is riveting, while welding seems to be used in the car industry in the case of aluminum alloys. However, welding technology is characterized by many defects, such as gas porosity; oxide inclusions; solidification cracking (hot tearing); and reduced strength in both the weld and the heat affected zones which could limit its development. Many techniques are used for aluminum alloys welding, among them is electron beam welding (EBW), which has unique advantages over other traditional fusion welding methods due to high-energy density, deep penetration, large depth-to-width ratio, and small heat affected zone. The welding parameters that yield to optimal weld joint have been previously obtained. These optimal parameters were validated by welding a specimen using these parameters. To evaluate this optimal weld joint, complete, microstructural observations and characterization have been carried out using scanning electron microscopy, optical microscopy, and energy dispersive X-ray analysis. This evaluation leads to description and quantification of the solidification process within this weld joint.

Development of the technology of manufacturing hardware clamps, using explosion welding

“…При виготовленні виробів авіаційної і космічної техніки зі сплаву 2219 використовують різні способи зварювання (електронно-променеве [7], аргонодугове плавким [8][9][10] і неплавким електродом [11,12], тертям з перемішуванням (ЗТП) [12][13][14][15][16][17][18], контактне стикове оплавленням [19,20]), які відрізняються термічним циклом і рівнем зниження показників механічних властивостей металу у зоні термічного впливу. Наприклад, з'єднання сплаву 2219-Т87, виконані аргонодуговим зварюванням плавким і неплавким електродом і ЗТП, мають межу міцності 0,6...0,65 від рівня показників основного металу [8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18], що обумовлено повним розчиненням часток нанорозмірної зміцнюючої θ'-фази у шві і зоні термічного впливу.…”

“…Крім того, термічний цикл зварювання виробів із сплаву 2219 може знижувати корозійну стійкість з'єднань внаслідок коагуляції (укрупнення) часток θ-фази (CuAl 2 ) у навколошовній зоні. Проблема зниження показників механічних властивостей і характеристик корозійної стійкості зварних швів внаслідок ліквації у зоні сплавлення при способах зварювання плавленням досліджувалась в роботах [7][8][9][10][11][12], а при ЗТП -в роботах [13][14][15][16][17][18].…”

“…Зокрема, у роботах [8][9][10][11][12] встановлено, що при аргонодуговому зварюванні плавким електродом сплаву 2219 у навколошовній зоні має місце евтектична реакція між частками θ-фази (CuAl 2 ) і αматрицею сплаву: α + θ → L E з утворенням рідкої фази L E при евтектичній температурі Т E =548 °С і вище. Ліквація навколо великих θ-частинок призводить до збільшення їх розмірів і утворення з боку α-матриці сплаву ділянок із зниженою концентрацією міді.…”

“…Ліквація міді на границях зерен призводить до появи розділеної евтектики, яка складається із смуг з високою концентрацією Cu (до 33% ат.) і суміжних ділянок α-фази з низьким вмістом Cu, що обумовлює зниження характеристик корозійної стійкості та показників механічних властивостей зварних швів [8][9][10]. Аналогічні проблеми мають місце і при ЗТП сплаву 2219 [13][14][15].…”

“…6, г-е) відсутні дефекти типу оксидних плівок, розшарувань та евтектичних утворень. В ЗТВ не спостерігається укрупнення часток θ-фази (CuAl 2 ) і виникнення розділеної евтектики, що є характерним для способів зварювання плавленням [7][8][9][10][11][12] і ЗТП [13][14][15][16][17][18] Аналіз розподілу твердості в зоні з'єднання сплаву 2219-Т87 (рис. 7) показує, що ширина зони термічного впливу становить близько 28 мм.…”