2219鋁合金屬于Al-Cu-Mn系可變形強化、熱處理強化的高強度硬質(zhì)鋁合金，該鋁合金具有熱裂紋傾向低、斷裂韌度高、質(zhì)量小、低溫性能好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。

　　在對某型號箱底壁板2219鋁合金法蘭進行焊接后的射線檢測時，發(fā)現(xiàn)其焊縫區(qū)域位于疑似裂紋的條狀缺陷，條狀缺陷位于焊縫的熱影響區(qū)，與焊縫夾角約為90°。該法蘭為鋁鍛件，熱處理狀態(tài)為淬火+人工時效，最大外徑為170mm，最大高度為40mm，與法蘭連接的壁板材料為2219鋁合金，連接方式為兩面三層焊，手工焊接。研究人員采用宏觀觀察、化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測試、金相檢驗、掃描電鏡(SEM)和能譜分析等方法對裂紋產(chǎn)生的原因進行分析，并提出改進措施，以防止該類問題再次發(fā)生。

　　理化檢驗

　　1、宏觀觀察

　　2219鋁合金法蘭的宏觀形貌如圖所示，其中白亮色區(qū)域為人工打磨區(qū)域。2219鋁合金法蘭焊縫條狀缺陷的宏觀形貌如圖所示，圓框中為條狀缺陷。由圖可知：疑似裂紋的條狀缺陷位于焊縫熱影響區(qū)，呈彎曲的線條狀，條狀缺陷與焊縫垂直，未發(fā)現(xiàn)明顯的冶金缺陷。

　　2、化學(xué)成分分析

　　在法蘭鍛件的條狀缺陷附近取樣，并對試樣進行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表所示。由表可知：法蘭鍛件的化學(xué)成分滿足GB/T 3190—2020 《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》對2219鋁合金的要求。

　　3、力學(xué)性能測試

　　在法蘭鍛件條狀缺陷附近截取試樣，并對試樣進行布氏硬度測試。試樣的布式硬度測試結(jié)果為121 HBW10/1 000，測試結(jié)果滿足GJB 2057—1994 《航天用LY19鋁合金鍛件規(guī)范》對2219鋁合金的要求(標(biāo)準(zhǔn)布式硬度不小于100 HBW10/1 000)。

　　4、金相檢驗

　　在條狀缺陷處截取試樣，將試樣鑲嵌、磨拋、腐蝕后，再將其置于光學(xué)顯微鏡下觀察，結(jié)果如圖所示。由圖可知：法蘭焊縫熱影響區(qū)的顯微組織為不同晶粒取向的α(Al) 基體和彌散分布于α基體中的θ相，部分α相晶粒存在晶界加粗的現(xiàn)象，條狀缺陷沿著加粗的晶界萌生并擴展;遠(yuǎn)離條狀缺陷部位的顯微組織無晶界加粗現(xiàn)象。

　　5、掃描電鏡和能譜分析

　　采用掃描電鏡及其配備的能譜儀對晶界加粗和條狀缺陷部位進行能譜分析，能譜分析位置如圖所示，能譜分析結(jié)果如表2所示。由表2可知：晶界加粗部位的主要成分為Al、Cu元素，條狀缺陷部位的主要成分為Al、Cu元素和少量Fe元素，說明晶界加粗部位含有Al2Cu相(θ 相)，條狀缺陷部位含有Al2Cu相和少量Al7Cu2Fe相，同時條狀缺陷部位存在氧化痕跡。α(Al) 相中Cu元素的極限固溶度為5.65%，但2219鋁合金中Cu元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.11%，可知其顯微組織中存在一定量的Al2Cu相(θ相)。2219鋁合金法蘭焊接過程中的持續(xù)高溫使分布于晶界的低熔點Al2Cu相(θ相)和Al7Cu2Fe相熔化，造成晶界局部復(fù)熔，從而引起晶界加粗，局部晶界復(fù)熔會使材料的強度、韌性與疲勞性能急劇降低，在外加載荷的作用下，晶界復(fù)熔處首先形成裂紋(即顯微組織中的條狀缺陷)，使得該法蘭承受載荷的能力大大降低。

　　使用外力將試樣沿條狀缺陷掰開，斷口由暗灰色區(qū)域和光亮區(qū)域組成，斷口表面未見明顯的夾雜物等冶金缺陷。

　　將斷口置于下觀察，結(jié)果如圖所示。由圖可知：暗灰色區(qū)域為粗糙的韌窩，光亮區(qū)域為平滑的表面;粗糙的韌窩區(qū)是在外力作用下新生成的，且在外力作用下，新生的斷口無疏松、夾雜等冶金缺陷，韌窩尺寸較為均勻;平滑表面區(qū)發(fā)生晶間液化，這是因為2219鋁合金法蘭焊接過程中的持續(xù)高溫使分布于晶界的Al2Cu相(θ相)和Al7Cu2Fe相熔化。晶界液化使材料的承載能力降低，在結(jié)構(gòu)應(yīng)力和熱應(yīng)力的共同作用下，液化晶界出現(xiàn)分離，即斷口宏觀形貌中的光亮區(qū)域?qū)?yīng)顯微組織中的條狀缺陷處。