2219鋁合金屬于A(yíng)l-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(diǎn)，被廣泛應用于航空航天領(lǐng)域。

　　在對某型號箱底壁板2219鋁合金法蘭進(jìn)行焊接后的射線(xiàn)檢測時(shí)，發(fā)現其焊縫區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，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(shí)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(guān)觀(guān)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(jìn)行分析，并提出改進(jìn)措施，以防止該類(lèi)問(wèn)題再次發(fā)生。

　　理化檢驗

　　1、宏觀(guān)觀(guān)察

　　2219鋁合金法蘭的宏觀(guān)形貌如圖所示，其中白亮色區域為人工打磨區域。2219鋁合金法蘭焊縫條狀缺陷的宏觀(guān)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，呈彎曲的線(xiàn)條狀，條狀缺陷與焊縫垂直，未發(fā)現明顯的冶金缺陷。

　　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(jìn)行化學(xué)成分分析，結果如表所示。由表可知：法蘭鍛件的化學(xué)成分滿(mǎn)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(jìn)行布氏硬度測試。試樣的布式硬度測試結果為121 HBW10/1 000，測試結果滿(mǎn)足GJB 2057—1994 《航天用LY19鋁合金鍛件規范》對2219鋁合金的要求(標準布式硬度不小于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(guān)察，結果如圖所示。由圖可知：法蘭焊縫熱影響區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象，條狀缺陷沿著(zhù)加粗的晶界萌生并擴展;遠離條狀缺陷部位的顯微組織無(wú)晶界加粗現象。

　　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(jìn)行能譜分析，能譜分析位置如圖所示，能譜分析結果如表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(shuō)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(shí)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)量分數為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(guò)程中的持續高溫使分布于晶界的低熔點(diǎn)Al2Cu相(θ相)和Al7Cu2Fe相熔化，造成晶界局部復熔，從而引起晶界加粗，局部晶界復熔會(huì )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(kāi)，斷口由暗灰色區域和光亮區域組成，斷口表面未見(jiàn)明顯的夾雜物等冶金缺陷。

　　將斷口置于下觀(guān)察，結果如圖所示。由圖可知：暗灰色區域為粗糙的韌窩，光亮區域為平滑的表面;粗糙的韌窩區是在外力作用下新生成的，且在外力作用下，新生的斷口無(wú)疏松、夾雜等冶金缺陷，韌窩尺寸較為均勻;平滑表面區發(fā)生晶間液化，這是因為2219鋁合金法蘭焊接過(guò)程中的持續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，在結構應力和熱應力的共同作用下，液化晶界出現分離，即斷口宏觀(guān)形貌中的光亮區域對應顯微組織中的條狀缺陷處。