碳素结构钢与高速工具钢摩擦焊与闪光焊接头的组织和性能

采用摩擦焊及闪光焊两种不同工艺,对碳素钢45钢和W18Cr4V高速钢异种金属切削刀具实现连接.对焊接接头的组织和性能进行了对比分析,进而研究了闪光焊接头焊缝区强韧性损伤的机理;阐述了摩擦焊的优越性及接头形成机制,并提供了摩擦焊接头较佳的焊接参数.结果表明:45钢和W18Cr4V钢切削刀具经摩擦焊接,改善和提高了摩擦焊接头焊缝区的组织和性能.     

电磁场对高速钢与45钢感应摩擦焊接的影响

利用电磁场对金属材料产生的"场致效应",调节摩擦焊接表面的温度场,以改善异种金属摩擦焊接组织及性能.研究了外加电磁场对W6Mo5Cr4V2高速钢和45钢摩擦焊缝显微组织、合金元素扩散及焊接接头力学性能的影响.结果表明,摩擦加热阶段施加电磁场使45钢近缝区铁素体的数量减少;而在顶锻阶段施加电磁场,使45钢侧铁素体数量有所增多.同时,在顶锻阶段施加电磁场作用时,主要合金元素C、Cr、W的扩散区宽度明显增大.在顶锻阶段采用较短的电磁场施加时间和较低的感应电流强度,可以提高W6Mo5Cr4V2高速钢和45钢摩擦焊接头的抗拉强度.     

异种金属摩擦焊接头焊后热处理工艺的确定

通过分析NiCr20TiAl与4Cr9Si2摩擦焊的焊接性,对接头焊后热处理制度进行了试验研究。试验结果表明,立即油冷和650℃/45min回火可改善接头的强韧性能,使弯曲角达到67°以上,弯曲载荷达到139kN以上。     

镁合金搅拌摩擦焊接工艺参数优化

为了优化镁合金搅拌摩擦焊接工艺参数,对5 mm厚镁合金AZ31B板材的搅拌摩擦焊接技术进行了试验研究,利用SN比实验设计,对镁合金AZ31B搅拌摩擦焊接工艺参数进行了方差分析,优化了搅拌头的材料、结构,最终确定搅拌头的材料为W6Mo5Cr4V2,结构为凹面圆台形.轴肩尺寸为12 mm.探针的根部直径为5.5 mm,端部直径为2.5 mm,长度为4.7 mm.获得镁合金AZ31B搅拌摩擦焊的工艺参数显著性顺序为旋转速度、横向速度和压力;确定了镁合金AZ31B搅拌摩擦焊的最优工艺参数为1500 r/min、47.5 mm/min、3kN.     

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能

在不同焊接工艺参数下对3.5 mm厚的7050-T7451铝合金进行了搅拌摩擦对接焊,并对焊缝成形质量、接头微观组织演变和拉伸性能进行了深入研究。结果表明,当搅拌头旋转速度(ω)在400～1 000 r/min、焊接速度(v)在50～300 mm/min时,均可获得内部无缺陷的接头。当焊接速度不变时,随搅拌头旋转速度的增加,接头的拉伸性能先增大后减小。当搅拌头旋转速度为600 r/min、焊接速度为150 mm/min时,接头的拉伸性能最好,抗拉强度为475 MPa,强度系数达90%,伸长率为5.7%。当ω/v的值处于4～6之间时,可获得拉伸性能优良的接头。     

2A12铝合金筋板件T型搅拌摩擦焊工艺及焊后热处理

为评价2A12铝合金筋板件搅拌摩擦焊工艺并探寻提高接头强度的途径,进行了2A12铝合金筋板件的T型搅拌摩擦焊焊接工艺试验,并对不同人工时效热处理下焊接接头的微观组织及性能进行了研究.研究表明:采用T型搅拌摩擦焊即可实现2A12铝合金筋板件的成形,当搅拌头旋转速度为750 r/min、焊接速度60mm/min时,接头的抗...     

5083铝合金搅拌摩擦焊接头的显微组织与力学性能

对8 mm厚5083-H321铝合金板进行了搅拌摩擦焊接试验,研究了焊接工艺参数对搅拌摩擦焊接头显微组织和力学性能的影响。结果表明:该搅拌摩擦焊接头焊核区显微组织为细小的等轴晶组织,热机影响区为拉伸弯曲变形组织,热影响区非常窄,其晶粒尺寸与母材相当;综合接头表面形貌和拉伸性能得到较佳的搅拌摩擦焊接工艺参数为使用搅拌针为三棱形带螺纹、轴肩为内扣型的搅拌头,主轴转速为300 r·min^-1,焊接速率为120 mm·min^-1;在该工艺条件下接头表面成形良好,抗拉强度可达到母材的94.5%。     

6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头的显微组织与力学性能

对8mm厚的6082-T6铝合金进行了搅拌摩擦焊接试验,焊后对工艺参数与接头显微组织及力学性能的关系进行了分析。结果表明：焊核区显微组织为细小等轴晶组织。分析焊接速度对接头抗拉强度的影响得出规律：随着焊接速度的增大,接头强度增大,但焊接速度达到一定值时,接头性能达到最高值,之后随着焊接速度变大,接头就会出现缺陷,影响接头的性能。     

汽车轮辋用钢搅拌摩擦焊接头组织及力学性能

目的 为搅拌摩擦焊在轮辋钢的应用提供理论数据。方法 选用厚度为4.5 mm的江铃汽车V362轮辋钢板B380CL,采用不同的焊接参数,获得搅拌摩擦焊接头,对焊缝宏观成形及微观组织进行分析,研究焊接参数对组织的影响;通过进行拉伸试验和硬度测试,分析焊接参数对焊接接头性能的影响;对接头焊缝进行X-Ray无损探伤。结果 当搅拌头旋转速度为950 r/min,焊接速度分别为37.5, 47.5, 60 mm/min时,均能形成焊接接头。焊接速度为47.5 mm/min时,焊缝宏观成形较好,微观组织无缺陷,微观组织为铁素体和珠光体,抗拉强度最高,超过母材;焊接接头各区域微观组织硬度较母材高,伸长率较焊接速度为37.5 mm/min时的接头高。结论 搅拌摩擦焊实现轮辋钢的对接,该研究中旋转速度950 r/min,焊接速度47.5 mm/min为最佳工艺参数,接头抗拉强度超过母材。     

6061铝合金无倾角搅拌摩擦焊工艺及性能

目的 为了适应空间曲面构件的搅拌摩擦焊,开展6061铝合金无倾角搅拌摩擦焊工艺及性能的研究。方法 采用无倾角搅拌摩擦焊用的搅拌头,对5 mm厚6061-T6铝合金板材进行试验,研究焊缝成形及接头力学性能,并分析接头组织特征。结果 零倾角搅拌摩擦焊接头从组织上可区分为5个不同区域：焊核区(WNZ)、热力影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)、轴肩影响区(SAZ)和母材(BM);随着搅拌头转速增加,焊缝宽度和焊核尺寸均先变大后变小;随焊接速度增加,焊缝宽度和焊核尺寸均逐渐变小;当焊接速度固定时,随搅拌头转速增加,接头拉伸强度先增加后减小;当搅拌头转速固定时,随焊接速度增加,接头拉伸强度逐渐增大。结论 采用无倾角搅拌摩擦焊接方法,能够实现对5 mm厚6061-T6铝合金板材的有效焊接。     

铝/镁搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头微观组织结构

目的研究不同工艺参数下钎料Zn的添加对Al/Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头组织和性能的影响。方法以厚度为0.05 mm的纯Zn作为钎料,对3 mm厚的2A12-T4态铝合金和4 mm厚的AZ31变形镁合金,进行搅拌摩擦焊-钎焊的复合焊接,分析锌夹层的添加对接头微观组织与力学性能的影响。结果当添加Zn中间层时,接头钎焊区缓解了拉伸断裂趋势,在焊接速度为23.5 mm/min,旋转速度为375 r/min时,接头抗拉剪力达到5.5 k N,复合焊接接头的钎焊焊缝由搭接区、固相扩散区、钎焊区组成。结论钎料的添加有效阻止了Al-Mg系金属间化合物的形成。     

Effect of the Stir Rotation Speed on the Microstructure and Properties of Super304H/T92 Friction Weld Joints

Strength of Materials - The impact of the rotation speed on the microstructure and mechanical properties of Super304H/T92 friction weld joints was studied. The properties of weld joints are shown...     

镁合金高转速搅拌摩擦焊工艺研究

目的 研究镁合金高转速搅拌摩擦焊工艺及其对组织与性能的影响规律。方法 采用光学显微镜观察以及拉伸性能测试等方法,探索了1.5 mm厚AZ31B镁合金高转速搅拌摩擦焊接工艺,对其接头组织与力学性能进行了测试分析。结果 采用6000 r/min转速时,随着焊速从600 mm/min降低至100 mm/min,焊接接头隧道型孔洞缺陷消失;采用600 mm/min焊速时,2000~4000 r/min转速范围内可获得无缺陷的接头。拉伸测试结果表明,6000 r/min-100 mm/min焊接工艺下接头的拉伸性能最优,抗拉强度为235.33 MPa,为母材强度的87.92%。结论 镁合金采用高转速搅拌摩擦工艺可获得无缺陷的焊接接头,且采用高转速匹配低焊速的工艺可使接头的拉伸性能得到提升。     

工艺参数对Al-Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接接头力学性能的影响

目的研究工艺参数对Al-Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接接头力学性能的影响。方法采用搅拌摩擦焊-钎焊方法,在不同焊接工艺参数下焊接2A12-T4铝合金和AZ31镁合金。结果当焊接速度为23.5mm/min、旋转速度为375 r/min时,焊接接头的抗拉剪力达到最大,为5.5 kN,比搅拌摩擦焊接头的最大抗拉剪力的5.0 kN提高了10%。结论搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接的工艺参数会显著影响铝/镁异种金属接头力学性能,通过优化工艺参数能够获得力学性能优异的铝/镁异种金属焊接接头。复合焊接接头的抗拉剪力随着焊接速度的增大呈现先增大后减小的趋势。     

水下搅拌摩擦焊对铝/铜接头组织与性能的影响

目的 采用搅拌摩擦焊,对比分析大气环境和水下环境下铝/铜接头的组织与性能,以期获得力学性能更优异的铝/铜焊接接头。方法 利用搅拌摩擦焊,在焊接速度为40 mm/min、旋转速度为1 000 r/min的条件下,分别在大气环境和水下环境下对厚度为9 mm的6061铝合金板和T2纯铜板进行焊接。然后,对铝/铜界面、焊核区进行扫描电镜及能谱分析,并对铝/铜界面及焊核区进行物相分析,确定产物相组成。最后,对铝/铜试样进行拉伸及硬度检测。结果 铝/铜接头均无裂纹、气孔等缺陷。铜颗粒弥散分布在焊核区,铝/铜界面形成金属间化合物层。水下搅拌摩擦焊下界面元素扩散距离明显变短,且金属间化合物厚度更薄。铝/铜接头的金属间化合物为AlCu和Al4Cu9。大气环境焊接下接头的抗拉强度为130.6 MPa,断裂方式为脆性断裂;水下焊接下接头的抗拉强度为199.5 MPa,断裂方式为韧性断裂。水下环境下的接头硬度值更高,其中热影响区的硬度最低值约为65HV。结论 水下搅拌摩擦焊铝/铜接头无裂纹、气孔等缺陷。组织上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头界面元素扩散距离更短,硬脆的金属间化合物更少;性能上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头强度更高,抗拉强度达到199.5 MPa,达到母材的74.4%。     

搅拌摩擦焊辅助Al/Zn/Mg接头扩散连接

对2mm厚的AZ31B镁合金和6061铝合金平板进行添加夹层Zn的搅拌摩擦诱导扩散连接实验。通过SEM,EPMA,XRD,拉伸实验和维氏硬度测试研究Al/Zn/Mg搭接接头显微组织和力学性能。结果表明:当旋转速率合适时,扩散层存在Al富集区,Al5Mg11Zn4层及Mg-Zn共晶区;而旋转速率较低时,扩散层存在残留的Zn层;旋转速率过大时,扩散层出现Al-Mg系金属间化合物。由于扩散层主要为金属间化合物,其显微硬度明显高于母材。Zn箔的加入提高了Al/Mg搭接接头的力学性能。断口观察分析表明,接头失效发生在靠近Al侧的扩散层上。     

焊接速度对 7A52 铝合金 FSW 组织及力学性能的影响

目的在保证搅拌速度一定时,针对8 mm厚的7A52铝合金,在不同焊接速度下采用搅拌摩擦焊(FSW)进行焊接试验,研究其焊接接头的显微组织及力学性能。方法利用搅拌摩擦焊机进行对接焊接,焊后制取金相试样观察焊接接头宏观形貌和显微组织,并测定其力学性能。结果7A52铝合金FSW焊接接头焊核区的面积随着焊接速度的增大而增大,当焊接速度为250mm/min时,焊接接头的焊核区面积最大,焊核区的显微组织都为细小的等轴晶,焊接接头横截面的焊核区呈明显"洋葱环"的形貌,而热力影响区的结构特征则呈现出了较高的塑性变形流线层。焊接接头显微硬度分布都呈现出"W"形变化,在焊接速度为150 mm/min时,焊接接头的平均抗拉强度能达到452 MPa,达到了母材抗拉强度的89%。结论通过对不同焊接速度下7A52铝合金FSW焊接接头的组织和性能进行研究,得到了不同焊接速度下焊接接头组织和力学性能。     

异种铝合金回填式搅拌摩擦点焊工艺的研究

目的 研究搅拌头转速和轴套下压量对异质铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头的组织及力学性能的影响。方法 采用回填式搅拌摩擦点焊技术对7050铝合金和2524铝合金进行搭接焊试验,焊接完成后利用光镜、体式显微镜、扫描电镜对组织进行观察,另外,测试拉伸剪切载荷和显微硬度分布,最后对断裂行为进行了研究。结果 接头区域可以分为焊核区、热力影响区、热影响区、母材4个区域,焊核区晶粒呈细小等轴状,热力影响区晶粒呈粗大长条状。随搅拌头转速的增大,拉剪载荷降低,当转速为1500 r/min时拉剪载荷值最高,其值为7.499 44 kN。热影响区的显微硬度比母材低,最小值为HV106。接头的断裂方式可以分为剪切型断裂、塞型断裂、剪切-半环型断裂。结论 在一定工艺参数范围内,通过适当降低搅拌头转速能显著提高接头的拉剪载荷,轴套下压量对接头的断裂方式影响显著。     

转速对6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的影响

目的 研究不同转速条件下6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的变化规律,为工程实践应用提供参考。方法 在不同旋转速度（800、1 200、1 500 r/min）下对4 mm厚的6061铝合金进行搅拌摩擦搭接焊实验,固定进给速度和轴肩下压量,研究搅拌头转速对接头宏观组织、微观组织和力学性能的影响。结果 所有接头均没有出现明显缺陷,当转速为1 500 r/min时,搅拌区晶粒尺寸细化明显,最大失效载荷达到母材的75%,上板和下板的硬度曲线都呈“W”形;当转速为800 r/min和1 200 r/min时,下板硬度曲线呈“V”形。随着转速的增大,有效搭接宽度逐渐增大,接头的平均拉剪强度也在增大,所有接头都在前进侧断裂,断裂形式均为拉伸断裂。结论 转速的提升增加了焊接热输入量和机械搅拌作用,促进了有效搭接宽度的增大和晶粒尺寸的细化,但未能改变钩状缺陷的形成及延伸方向。当转速为1500r/min时,热输入量较大,搅拌区范围相对较大,下板存在更大面积的搅拌区,其硬度规律与上板的相似。所有接头均为拉伸断裂,断裂位置在热影响区附近,说明搭接接头连接良好。     

Effects of Tilt Angle on the Properties of Dissimilar Friction Stir Welding Copper to Aluminum

In the present investigation, dissimilar materials such as electrolytic tough pitch copper, and aluminum 6061-T651 were welded by friction stir welding technology. Effects of tool tilt angle on the mechanical and metallurgical properties were studied experimentally for dissimilar material systems. In the present study, the tool tilt angle was varied from 0° to 4° with an interval of 1°, while the other parameters such as rotational speed, welding speed, tool pin offset, and workpiece material position were kept constant. Macrostructure analysis, tensile test, macro hardness measurement, scanning electron microscopy, and energy dispersive x-ray spectrographic tests were performed to evaluate the weld properties of dissimilar copper–aluminum joints. The results revealed that a defect free dissimilar copper–aluminum friction stir welding was achieved by tilt angles 2°, 3°, and 4°. The maximum tensile strength was reported to be 117 MPa and the macro hardness was reported to be 181 VH (in the nugget zone) at a tilt angle of 4°. The macro hardness was increased as the tilt angle increases from 0° to 4°. In addition to this, the thermo-mechanically affected zone (at the copper side) was found to be the weakest zone for a dissimilar copper–aluminum friction stir welding system.