使用RSM方法研究不同AA2060-T8和AA2099-T83合金中脉冲GTAW参数的实证相关性及优化：微观结构演变与摩擦学性能

《ARABIAN JOURNAL FOR SCIENCE AND ENGINEERING》：Empirical Correlations and Optimization of Pulsed GTAW Parameters in Dissimilar AA2060-T8 and AA2099-T83 Alloys Using RSM: Microstructure Evolution and Tribological Performance

通过脉冲钨极氩弧焊（GTAW）优化异种铝合金AA2060-T8与AA2099-T83的焊接工艺，利用响应面法（RSM）研究脉冲频率、脉冲时间比和气体流量对晶粒尺寸、显微硬度及磨损率的影响，确定最佳参数为脉冲频率9.294 Hz、脉冲时间比1:2、气体流量8.502 L/min，实现晶粒细化（13.28 μm）、硬度提升（94.15 HV）和耐磨性优化（0.587×10?3 mm3/Nm）。

　　

摘要

由于高热输入、复杂的热循环、凝固裂纹、粗晶结构以及沉淀物的溶解，使用传统的电弧焊接方法来连接不同的AA2060-T8和AA2099-T83合金具有挑战性。为了克服这些限制，本研究采用了脉冲电流模式下的气体钨极电弧焊（GTAW），旨在建立工艺-微观结构-性能之间的关联，并确定最佳的焊接参数。通过响应面法（RSM）研究了脉冲频率、脉冲时间比和保护气体流量对平均晶粒直径（AGD）、显微硬度和磨损率的影响。方差分析（ANOVA）结果表明，脉冲频率的影响最为显著，其次是脉冲时间比，而保护气体流量的影响最小。电子背散射衍射（EBSD）结果显示，脉冲GTAW模式使得晶界（GB）发生了约70.05%的显著转变，其最大纹理强度值为9.307。透射电子显微镜（TEM）观察发现，在焊接熔合区（FZ）存在α-Al、θ′ (Al?Cu)、δ′ (Al?Li)、T1 (Al?CuLi)和T? (Al?CuLi?)沉淀物相。利用RSM-理想函数进行多响应优化后，得到了最佳参数：脉冲频率=9.294 Hz、脉冲时间比=1:2、保护气体流量=8.502 l/min，此时平均晶粒直径为13.28 μm，显微硬度为94.15 HV，磨损率为0.587 × 10?3 mm3/Nm。脉冲GTAW方法显著改善了晶粒细化程度，使沉淀物分布更加均匀，增加了晶界转变，并增强了材料的纹理结构，证明了RSM驱动的优化方法在提高工艺效率和制造高质量接头方面的有效性。