搅拌摩擦焊接参数对ZK60镁合金接头微观组织和力学性能的影响

采用搅拌摩擦焊接方法对6 mm厚的挤压态ZK60镁合金板材进行焊接.在广泛的焊接参数(600-1200 r/min的旋转速率和50-200 mm/min的焊接速度)下,均得到了高质量的焊接接头.在焊接工具的搅拌和摩擦热的联合作用下,在焊核区形成了细小、均匀的再结晶晶粒,同时MgZn2粒子被破碎并大部分固溶入镁基体.对于ZK60镁合金,MgZn2粒子的弥散强化作用高于晶粒细化的作用,因而焊核区的硬度低于母材,拉伸时接头在焊核区发生断裂.在低热输入焊接参数(≤800 r/min)下,随焊接参数的变化,焊核区晶粒尺寸、焊接接头的抗拉和屈服强度及延伸率变化较小.在高热输入焊接参数(1200 r/min)下,焊核区晶粒明显变大,接头的抗拉和屈服强度略有下降.对焊接接头进行人工时效后,不同热输入条件下得到的焊接接头的强度和延伸率都有明显提高.     

焊接参数对5A06铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

采用搅拌摩擦焊工艺对10 mm厚的5 A06铝合金板进行焊接,研究了搅拌头转速(150～400 r/min)、焊接速度(50～200 mm/min)对接头显微组织、拉伸性能和硬度的影响.结果表明:在试验参数范围内焊接均可获得无宏观缺陷且成形良好的搅拌摩擦焊接头;接头焊核区晶粒细小、组织均匀,热机影响区晶粒相比焊核区的粗...     

5mm厚铝合金双面搅拌摩擦焊接

对5mm厚的1050-H24铝合金板材进行了双面搅拌摩擦焊接(FSW)，重点研究了接头的拉伸性能和断裂部位及其影响因素。研究结果表明，一次焊接参数、二次焊接参数和焊接方向对双面FSW接头的拉伸性能和断裂部位有不同程度的影响。一次焊接参数的影响较小，而二次焊接参数的影响显著并且存在最佳取值。同向焊接的接头强度较高且断在前进侧(AS)或后退侧(RS)，而异向焊接的接头强度较低且只断在AS。在文中的试验条件下，1500r／min的旋转速度、400mm／min的二次焊速和同向焊接方式是最佳的工艺组合，接头最高强度达到母材强度的78％。     

6061/AlSi12异种材料搅拌摩擦焊接头的组织与力学性能

对异种材料6061铝合金和Al Si12合金进行搅拌摩擦焊接试验,探究了6061/AlSi12异种材料搅拌摩擦焊接接头的组织与不同焊接速度对力学性能影响。结果表明:经拌摩擦焊接后,焊核区域由于受到搅拌针强烈的搅拌作用和摩擦作用,受到较高温度的热循环,使得6061晶粒发生再结晶,晶粒细化,块状Si发生缩颈、熔断并粒化,弥散分布在基体上,从而提高接头强度;当焊接速度为400 mm/min时,接头的抗拉强度达到最大175.93 MPa,是6061母材的70%,是Al Si12母材的90%;接头焊缝断面的横向微观硬度分布呈现"阶跃"式,当焊接速度为200 mm/min时,焊核区域的硬度最大。     

焊接参数对AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头组织和力学性能的影响

研究了板厚为6mm的AZ31镁合金搅拌摩擦焊工艺,并对接头的断裂机制进行了考查。在转速为1000r/min,焊接速度为60～300mm/min条件下获得表面平整,无缺陷的焊缝。与母材相比,搅拌区的晶粒得到明显细化。随焊接速度增加,搅拌区的晶粒尺寸减小。搅拌区的硬度高于其他区域。焊接速度为150mm/min时,接头拉伸强度最高,达到母材的92.7%。断裂多发生在热影响区,热影响区晶粒粗大且分布不均,显微硬度最低,是焊接接头的薄弱环节。     

AZ31镁合金双面对称搅拌摩擦焊接头疲劳性能

针对搅拌摩擦单面焊两侧热输入不均匀性导致疲劳强度低的问题,采用双面对称搅拌摩擦焊方法对10 mm厚的AZ31镁合金板材进行焊接,并研究其疲劳性能. 结果表明,双面对称搅拌摩擦焊接头的屈服强度为130 MPa,与单面焊的屈服强度123 MPa相比提高了5%;其疲劳极限为88 MPa,比单面焊接头的50 MPa提高了76%;双面对称接头疲劳裂纹萌生在上/下侧的前进侧位置,并跨越上/下侧焊缝交界面,最终在下/上侧焊缝的后退侧RS区域瞬断,其疲劳断口均为以解理特征为主的脆性断裂. 双面对称焊接头其中一面应变范围与单面搅拌摩擦焊的应变较高的后退侧接近. 通过双面搅拌摩擦焊接的镁合金接头疲劳强度得到了大幅度提升,疲劳寿命得到了延长.     

AZ91D薄板搅拌摩擦焊

实现了厚度为2.2 mm铸造镁合金AZ91D薄板的搅拌摩擦焊和钨极氩弧焊,分析了搅拌摩擦焊工艺参数对焊接接头成形的影响和接头组织变化,考察了搅拌摩擦焊接头的力学性能.在搅拌头旋转速度为1 380 r/min时得到了比较理想的焊接接头,而1 960 r/min的转速过大.接头不同区域所受的机械力和热量不同,显微组织明显不同.搅拌区晶粒细小,显微硬度和强度都有所提高.搅拌摩擦焊接头力学性能与热输入有关;与氩弧焊接头相比,搅拌摩擦焊接接头的性能更好.     

35mm厚板铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能

采用搅拌摩擦焊双面焊工艺,对35 mm厚板6005A-T6铝合金型材进行了搅拌摩擦焊接,获得成形良好、表面光滑、无隧道孔和沟槽缺陷的焊接接头.应用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪及电子拉伸试验机等对搅拌摩擦焊接头组织与性能进行研究.结果表明,接头焊核区组织为细小等轴晶;前进侧出现明显的螺旋纹及清晰的结合线,热力影响区晶粒被明显拉长呈条状组织,热影响区受热晶粒粗大;后退侧未见螺旋纹,晶粒比前进侧细小,过渡区较前进侧宽.在搅拌头旋转频率为650 r/min,焊接速度为200 mm/min工艺条件下接头抗拉强度为213 MPa,达到母材强度的84.8%,断裂起始于焊缝前进侧的热影响区,扩展至双面焊接重合区时,沿着焊缝后退侧热影响区直至断裂;接头显微硬度最低值出现在前进侧热影响区,最低值为50 HV.     

H65铜合金搅拌摩擦焊接头电化学腐蚀性能研究

通过测定H65铜合金搅拌摩擦焊接接头在3.5%NaCl溶液中的开路电位和极化曲线,研究其电化学腐蚀性能.结果表明,搅拌摩擦焊接接头微观组织的细化、均匀化和致密化降低了晶界和晶粒在电化学上的不均匀性,接头的抗腐蚀性能优于母材.     

搅拌摩擦焊工艺参数对5052铝合金接头组织和力学性能的影响

研究了搅拌摩擦焊工艺参数对6 mm厚的5052铝合金板材接头组织和力学性能的影响.在150 mm/min的焊接速度下,旋转速度在600～1 500 r/min的范围内,均得到了高质量的焊缝.焊接接头由热影响区、热机影响区和搅拌区组成.在搅拌区产生了细小的等轴晶组织,最小晶粒尺寸为6.3 μm.搅拌头的旋转速度越高,搅拌区的晶粒尺寸越大.硬度曲线呈"W"形,焊缝中心硬度与母材相当,在距焊缝中心大约3 mm的位置硬度最小值为52 HV左右.在旋转速度为600 r/min与焊接速度为150 mm/min焊接参数下得到的接头强度为236.2 MPa,断后伸长率为22.4%,分别达到母材的92.9%和96.1%.     

2A97铝锂合金搅拌摩擦焊

文中采用不同搅拌摩擦焊接工艺参数对2A97铝锂合金的可焊性进行了研究.结果显示,接头抗拉强度和断后伸长率随搅拌头转速的提高而降低,随焊接速度的提高先增后减.在旋转频率为600 r/min,焊接速度200 mm/min时接头抗拉强度最高达到373 MPa,为母材的69%.FSW接头拉伸试验断口位置基本都发生在焊核(NZ)区.焊核区和热力影响区中沉淀相大部分溶解,只有少数存留,热力影响区沉淀相密度高于焊核区.     

铝合金无减薄搅拌摩擦焊工艺优化及特征分析

为提高无减薄搅拌摩擦焊接头力学性能,基于响应面法对参数进行优化,建立了响应面模型,并对模型进行回归分析. 结果表明,无减薄搅拌摩擦焊是成形优良的焊接工艺,而且焊接参数对接头拉伸性能影响明显,其中主轴转速及焊接速度对其影响更为显著. 在无缺陷条件下,提高主轴转速的同时选取适中的焊接速度,以得到性能更优的焊接接头. 焊接参数为主轴转速1 000 r/min,焊接速度200 mm/min、轴肩下压量0.25 mm时,接头的抗拉强度最大为363 MPa,为母材的94.3%,断后伸长率11.2%. 而且相比于常规搅拌摩擦焊,无减薄搅拌摩擦焊在厚度方向上的性能更加均匀.     

Microstructural characteristics and mechanical properties of Al–Mg–Si alloy self-reacting friction stir welded joints

The 5?mm thick Al–Mg–Si alloy was self-reacting friction stir welded using the specially designed tool at a constant rotation speed of 400?rev?min^?1 with various welding speeds. Defect-free welds were successfully obtained with welding speeds ranging from 150 to 350?mm?min^?1, while pore defects were formed in the weld nugget zone (WNZ) at a welding speed of 450?mm?min^?1. Band patterns were observed at the advancing side of WNZ. Grain size and distribution of the precipitated phase in different regions of the joints varied depending on the welding speed. The hardness of the weld was obviously lower than that of the base metal, and the lowest hardness location was in the heat affected zone (HAZ). Results of transverse tensile tests indicated that the defective joint fractured in the WNZ with the lowest tensile strength, while the fracture location of the defect-free joints changed to the HAZ.     

新型9Cr-1Mo钢搅拌摩擦焊接头组织及性能

采用钨铼合金搅拌工具对新型9Cr-1Mo钢进行搅拌摩擦焊工艺试验,探讨焊缝成形、组织及性能变化规律. 结果表明,在300和400 r/min的转速,50 mm/min的焊接速度下可获得无缺陷接头;焊缝主要由搅拌区和热力影响区组成,具有明显的马氏体淬硬组织特征;高温热影响区为淬硬马氏体和回火马氏体混合组织,低温热影响区为过回火马氏体组织. 焊缝区具有晶粒细化特征,其晶粒尺寸约为母材69.2%. 焊缝区产生明显硬化,最高硬度约为母材硬度值的2.0倍. 焊接接头抗拉强度达到母材98%以上,搅拌区和热影响区冲击吸收能量分别达到母材的77.8%和87.4%,表明搅拌摩擦焊接头仍具有较好强韧匹配.     

ZL114A铸铝搅拌摩擦焊接头性能

研究了采用不同焊接参数时ZL114A铸铝搅拌摩擦焊接头的金相组织、硬度分布及力学性能。结果表明，ZL114A铸铝的搅拌摩擦焊焊接性良好。焊核区的微观组织是无方向性的、细小的等轴晶粒。细化的硅粒子均匀布满整个焊核区。与粗大的树枝状母材相比，焊核晶粒细小、均匀而致密，没有观察到气孔等缺陷。焊缝区硬度分布较母材稳定，变化范围小。随着焊速增加，硅粒子所占体积比逐渐下降。热一机械影响区晶粒被拉长。接头的力学性能与焊接参数的匹配有关系。采用高焊速及转速与焊速比在3左右，获得的接头抗拉强度可达到母材的91％。焊后经T6热处理，可与同炉热处理母材等强。     

30 mm 7A05铝合金搅拌摩擦焊接头组织及力学性能

采用搅拌摩擦焊方法利用新型搅拌头对30 mm厚的7A05-T6铝合金进行了单道对接,焊后分析讨论了焊缝接头微观组织和力学性能.结果表明,接头焊核区发生动态再结晶,生成细小的等轴晶粒;焊缝两侧热力影响区受机械和热的双重作用,组织存在较大差异,前进侧为窄条状组织,后退侧为扁平状组织;热影响区晶粒粗化;在焊接30 mm板时,工艺参数范围较窄,旋转频率为360 r/min,焊接速度为100 mm/min时,可获得无缺陷、成形好的焊缝;接头抗拉强度为367.7 MPa、屈服强度为280.8 MPa、断后伸长率为14.4%高于母材,接头抗拉强度可达母材的95%.接头显微硬度的分布呈类似W形分布,热影响区软化趋势比较明显.     

C18000铜合金搅拌摩擦焊接头微观组织与性能

对3.5 mm厚的C18000铜合金板进行搅拌摩擦焊焊接试验. 在焊接速度120 mm/min,转速1 200 r/min工艺下获得无缺陷焊接接头. 在金相显微镜下对接头的宏观形貌、微观组织进行观察,用扫描电镜和透射电镜对母材和搅拌区组织进行观察分析. 结果表明,接头区大致分为母材区、热影响区、热力影响区和搅拌区,搅拌区晶粒细小均匀,热力影响区晶粒沿边界切线方向被拉长;搅拌区Cr₃Si相部分溶解,搅拌区组织中的Cr单质相和Ni₂Si相溶解导致接头硬度和抗拉强度下降. 搅拌区平均硬度为151.4 HV;接头抗拉强度为497 MPa,达到母材的72%;接头电导率下降为35%IACS.     

镁锂合金搅拌摩擦焊接工艺特性分析

针对退火态的MBLS10-200镁锂合金,分析了搅拌工具、焊接工艺参数对焊缝成形、接头组织特征及力学性能的影响,并对接头的塑性损失机理及提升技术进行分析.结果表明,在焊缝成形良好的工艺参数范围内（转速800~1 600 r/min、焊接速度200~500 mm/min）,接头大多断在母材,强度与母材相当,而断后伸长率则有显著的降低,仅为母材的8%~57%.焊核及热力影响区与母材性能的差异使接头在受拉时产生各区域变形不协调是导致断后伸长率下降的根本原因.采用退火处理可以在接头强度不下降的同时,有效提升接头断后伸长率,可达到母材的96%.     

超声对不同铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

利用自行研制的超声搅拌摩擦焊机分别对2219,7A52,LF21铝合金进行了常规搅拌摩擦焊和超声搅拌摩擦焊两种不同焊接的试验,并对常规搅拌摩擦焊与超声搅拌摩擦焊焊缝的微观组织、拉伸断口形貌进行了对比分析.结果表明,超声搅拌摩擦焊与常规搅拌摩擦焊相比热影响区几乎消失;超声搅拌摩擦焊焊缝焊核区组织比常规搅拌摩擦焊焊核区组织晶粒更加细小;断口扫描电镜图显示母材断口韧窝具有非等轴状待征,韧窝边上撕裂棱明显表明为韧性断裂;超声搅拌摩擦焊断口韧窝撕裂棱不明显;超声搅拌摩擦焊比常规搅拌摩擦焊的平均抗拉强度有所提高,但断后伸长率有所降低.     

Friction stir welding of DH36 steel

Abstract

Hot rolled DH36 carbon steel, 6.4 mm in thickness, was friction stir welded at speeds of 3.4 mm s^-1 (8 in min^-1), 5.1 mm s^-1 (12 in min^-1), and 7.6 mm s^-1 (18 in min^-1). Single pass welds free of volumetric defects were produced at each speed. The relationships between welding parameters and weld properties are discussed. Optical microscopy, microhardness testing, and transverse and longitudinal tensile tests have been performed. Bainite and martensite are found in the nugget region of the friction stir welds whereas the base material is comprised of ferrite and pearlite. The maximum hardness is observed in the weld nugget, and the hardness decreases gradually from the weld nugget, through the heat affected zone, to the base metal. Tensile testing also indicates overmatching of the weld metal relative to the base metal. Maximum hardness and longitudinal (all weld metal) tensile strengths increase with increasing welding speeds. Weld transverse tensile strengths are governed by the base metal properties, as all transverse tensile bars fail in the base metal.