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新型铝合金材料在航天业发展现状和未来展望

日期:2020-01-20 20:48

  铝合金具有比强度较高、制造工艺性好、成本低的特点,是航天产品的首选结构材料。运载火箭贮箱、卫星贮箱、战术导弹壳体等采用铝合金焊接而成。铝合金焊丝是铝合金焊接所必需的填充材料,是决定焊缝质量的因素之一,在航天铝合金焊接生产中占有重要地位。

  不同的铝合金需要有不同的配用焊丝,我国航天常用铝合金及其配用焊丝的对应关系见表1。主要的航天铝合金焊丝有BJ-380系列和5B06焊丝,用于运载火箭贮箱、卫星贮箱、战术导弹壳体的焊接生产。

  BJ-380系列焊丝由BJ-380、BJ-380A、BJ-380B组成。BJ-380焊丝是由航天材料及工艺研究所和北京有色所在60年代针对2A14铝合金研制的,所焊接头具有良好的常温、低温性能,基本解决了2A14合金的焊接难题。但BJ-380焊丝所焊焊缝存在“存放裂纹”问题,80年代由航天材料及工艺研究所和北京有色所合作研发了抗裂性更好、能解决“存放裂纹”的BJ-380A焊丝,但BJ-380A焊丝的低温性能较差,无法用于低温贮箱焊接生产,为此,仍采用BJ-380焊丝焊接低温贮箱,采用BJ-380A焊丝焊接常温贮箱。在地面设备厚板2A14合金MIG焊接生产中,BJ-380、BJ-380A焊丝均发现焊接裂纹,航天材料及工艺研究所和北京有色所再次合作研发了适合于厚板2A14合金MIG焊接的BJ-380B焊丝。

  本文对BJ-380系列和5B06焊丝的现状进行总结,并对航天铝合金焊丝发展方向进行展望。

  铝合金焊丝生产流程为:熔铸扒皮挤压拉拔(多次)退火(多次)油封(或表面光亮化)包装。焊丝有两种供货方式:(1)以半硬状态,表面油封供货,焊前须酸洗;(2)以半硬状态,光亮表面供货,焊前不须酸洗。

  油封焊丝焊前必须酸洗,去除表面油污和氧化膜。一般适合于手工焊,用于自动焊时焊缝质量不易保证,易出现焊缝气孔、焊接夹杂缺陷。酸洗焊丝表面从微观看存在很多凹坑,附有腐蚀产物,易吸附水分,图1为焊丝酸洗表面和光亮表面的照片图,可明显看出酸洗表面的不良状况,而光亮表面则具有明显优势。酸洗焊丝手工焊时可利用刮削方法去除表面凹坑附着物以保证焊缝质量。自动焊时由于焊丝必须以盘状安装在焊机送丝机构上,酸洗后表面刮削非常困难,酸洗焊丝不推荐用于自动焊。光亮焊丝用于手工焊可省去焊前酸洗和刮削,更为方便。

  油封焊丝的保存期为长期,光亮焊丝的保存期一般为1年,过期光亮焊丝可作为普通焊丝焊前酸洗使用。

  BJ-380焊丝由于Ti、Zr含量超过在铝中的理论固溶度,易产生Ti、Zr偏析,焊丝生产成品率很低。BJ-380A、BJ-380B、5B06焊丝成分设计合理,焊丝生产成品率正常。油封时所有焊丝规格均以盘状供货,光亮焊丝1.2、1.6、2.4以盘状供货,3.0、4.0、5.0以直丝供货。

  2A14合金是目前我国运载火箭贮箱主体结构材料,配用焊丝共有三种,5A06合金用于部分贮箱主体结构材料,配用焊丝为5B06,应用情况见表3。

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