不同错边尺寸对铝合金BT-FSW接头力学性能的影响

采用双轴肩搅拌摩擦焊方法对6005A-T6铝合金型材进行焊接，通过调整工件装配时的错边量来制备不同尺寸的错边接头，并对接头进行拉伸、弯曲、硬度、疲劳和断口扫描试验等，对6005A-T6铝合金焊接接头的力学性能进行了研究。试验结果表明：错边量对铝合金接头的拉伸性能有影响，随着错边量的增大，接头抗拉强度降低，而错边量对接头的弯曲性能和接头硬度影响不大；试件错边量对5 mm厚6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头疲劳性能影响很大，前进侧或后退侧随着错边量的增大，疲劳极限值都会降低，疲劳性能下降。     

2219-T4铝合金双轴肩FSW与常规FSW接头性能对比研究

对常规搅拌摩擦焊和双轴肩搅拌摩擦焊技术进行了比较,试验材料为6 mm厚2219-T4铝合金.对两种焊缝的微观结构、显微硬度和力学性能进行了测试.结果表明双轴肩焊缝的宏观形貌与常规搅拌摩擦焊焊缝的不同,呈哑铃型.且由于双轴肩焊接的热输入量较高,其接头的显微硬度和力学性能普遍低于常规搅拌摩擦焊接头.双轴肩搅拌摩擦焊接头的抗拉强度可达到常规搅拌摩擦焊接头的90%.     

6005A-T6铝合金型材双轴肩搅拌摩擦焊接头组织与性能

采用双轴肩搅拌摩擦焊工艺,对厚3.3 mm铝合金薄板型材进行了搅拌摩擦焊接,获得了成形良好的焊接接头。采用光学显微镜、显微硬度仪及电子拉伸试验机等对接头的组织与性能进行了研究。结果表明,轨道车辆铝合金车体结构薄板对接接头实施双轴肩搅拌摩擦焊工艺可行,在一定的工艺参数窗口,接头的抗拉强度、显微硬度均满足相关标准要求。     

热输入对汽车用铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

采用不同的搅拌头轴肩直径,即以不同的热输入进行汽车用5052-T6铝合金搅拌摩擦焊试验,并进行了接头显微组织、织构、力学性能和疲劳性能的测试与分析。结果表明,随着热输入的增加,接头焊核区平均晶粒尺寸先减小后增大,焊核区织构先弱化后增强,接头的力学性能和疲劳性能先提高后下降;搅拌头轴肩直径优选为20 mm,其搅拌摩擦焊焊接接头的抗拉强度、疲劳寿命分别达到母材的98%、92%。     

焊接热输入对铝合金双轴肩搅拌摩擦焊缝形貌与接头性能的影响

系统研究了焊接热输入对双轴肩搅拌摩擦焊接头焊核区轮廓和拉伸性能的影响. 接头宏观组织形貌结果表明,随着焊接热输入因子的逐渐升高,双轴肩搅拌摩擦焊接头焊核区依次展现出“哑铃形”、“焊核变平”、“焊核凸出”轮廓. 焊核凸出是高热输入条件下双轴肩搅拌摩擦焊接头特有的一种物理现象,且往往伴随产生内部孔洞型缺陷. 焊核区轮廓形貌取决于双轴肩搅拌摩擦焊缝厚度中心沿径向向外运动的塑性金属流动场与热力影响区中部的相互作用. 拉伸性能结果表明,随着焊接热输入因子的逐渐升高,双轴肩搅拌摩擦焊接头拉伸性能呈现出逐渐下降的趋势.     

表面状态对6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头疲劳性能的影响

对采用双轴肩搅拌摩擦焊的两种不同焊前表面状态6005A-T6铝合金型材焊接接头进行脉动拉伸疲劳试验。断口疲劳断裂分析结果表明:焊前打磨时接头疲劳强度略高;焊前打磨状态对6005A-T6铝合金型材双轴肩搅拌摩擦焊接头疲劳强度影响不大。电镜扫描结果显示:两种类型接头试件宏观断裂形貌均为纤维状,启裂位置均集中在热影响区(焊核边缘),未出现明显缺陷;启裂区断口齐平光滑、疲劳源清晰;扩展区可观察到相互平行的塑性疲劳条带;终断区断口表现为韧性断裂,呈明显的等轴韧窝型。     

6061-T6铝合金中空薄壁型材双轴肩搅拌摩擦焊工具设计与工艺分析

基于双轴肩搅拌摩擦焊热输入的理论分析,建立了焊接工具结构尺寸特征值与待焊工件厚度之间的工程模型.利用该工程模型,设计并优化得到适用于厚度为2.5 mm的6061-T6铝合金薄板的双轴肩搅拌摩擦焊工具.使用该工具对中空薄壁型材进行焊接,并对焊接工艺参数进行优化. 结果表明,当焊接工具转速为1 000 r/min、焊接速度为600 mm/min时,可以得到综合力学性能最佳的焊接接头,其中正面焊缝焊接接头抗拉强度可达231 MPa,为母材抗拉强度的77%,弯曲角度达180°;反面焊缝焊接接头抗拉强度可达226 MPa,为母材抗拉强度的76%,弯曲角度达180°.     

搅拌头轴肩尺寸对2219铝合金摩擦搅拌焊接头性能的影响

使用有限元软件ANSYS建立了2219铝合金搅拌摩擦焊有限元模型,得到不同搅拌头轴肩尺寸的搅拌区峰值温度变化曲线,筛选出搅拌区峰值温度分别为熔点70%、80%、90%对应的搅拌头轴肩尺寸。以这些尺寸制作搅拌头,进行了焊接试验,并对焊接接头进行了拉伸试验和显微硬度试验。结果表明,使用轴肩直径为12 mm的搅拌头进行焊接时,其搅拌区峰值温度达到熔点的80%,得到的焊缝表面平整,无飞边毛刺;焊缝截面无未焊透、孔洞、隧道等缺陷;接头抗拉强度最高,为333.9 MPa,达到母材抗拉强度的82.5%。     

双轴肩搅拌摩擦焊技术研究现状

近年来,搅拌摩擦焊技术在航空航天、轨道交通等行业轻质高强材料的连接中获得应用。双轴肩搅拌摩擦焊技术作为一种新型搅拌摩擦焊技术,具有很高的研究和应用价值,但目前尚处于发展阶段,相关的应用也较少。文中从搅拌头设计、接头组织与性能、焊接温度场三个方面,分析了国内外双轴肩搅拌摩擦焊技术研究现状,并指出未来应在双轴肩搅拌摩擦焊接头成形机制和工程应用方面进行更深层次的研究。     

6mm厚6061-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊工艺方法研究

针对6 mm厚6061-T6铝合金板材,设计制造了不同结构形式和尺寸规格的双轴肩搅拌摩擦焊工具,并对搅拌摩擦焊工具的结构形式和尺寸规格对焊接过程及焊接接头质量的影响进行了系统的分析研究：设计制造了两体式和三体式双轴肩搅拌摩擦焊工具,并对两种结构形式进行分析;设计制造了环状轴肩和凹面轴肩,通过焊接工艺试验得知凹面轴肩焊缝成形性优于环状轴肩;设计制造了正-反螺纹搅拌针、正螺纹搅拌针、整圆柱搅拌针和圆柱铣扁搅拌针;圆柱铣扁搅拌针焊缝焊接质量优于其他三种结构形式的搅拌针。采用凹面轴肩和圆柱铣扁搅拌针组装成的搅拌头,对6 mm厚6061-T6铝合金板材进行焊接,在主轴转速为800 r/min、焊接速度为150 mm/min工艺参数下,焊接接头得到最大抗拉强度值为220MPa,达到母材抗拉强度（315 MPa）的70%。     

隧道型缺陷对6082-T6铝合金FSW焊接接头力学性能和疲劳性能的影响

采用单轴肩搅拌摩擦焊对6082-T6铝合金型材进行焊接,通过拉伸、弯曲、硬度、疲劳试验和金相分析等,对6082-T6铝合金焊接接头的组织、力学性能和疲劳性能进行分析研究。结果表明：0.1 mm隧道型缺陷接头的拉伸性能和弯曲性能优于4.4 mm隧道型缺陷接头的;从硬度测试结果来看,不同隧道尺寸对焊接接头的硬度影响较小,但热影响区均有软化现象;疲劳试验显示,在相同应力水平,4.4 mm的隧道型缺陷接头的疲劳性能较差;依据金相来确定2种隧道型缺陷的尺寸。     

常规FSW与双轴肩FSW对铝合金接头组织和性能的影响

对采用常规FSW和双轴肩FSW所得到焊接接头性能进行试验研究,测试了两种焊接得到的焊接接头的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率,并对接头的微观组织和断口形貌进行了观察和分析.结果表明,双轴肩FSW接头横截面形成了一组由内向外扩张“洋葱环”状的椭圆环;常规FSW焊核区与热力影响区之间组织发生明显变化;硬度的最低处为双轴肩FSW前进侧热力影响区,最高处为双轴肩FSW接头上表面焊核区;常规搅拌摩擦焊接头的综合力学性能最好,双轴肩次之;断口形貌分析表明,接头断裂模式均为韧性断裂,且常规FSW断口韧窝尺寸比双轴肩FSW接头韧窝小而深,表现出更好的塑性.     

7xxx高强铝合金搅拌摩擦焊研究进展

针对7xxx高强铝合金的搅拌摩擦焊研究现状，主要从焊接缺陷、搅拌针形状的选择、接头软化、疲劳性能及耐蚀性等方面详述了7xxx高强铝合金焊接过程中存在的问题。对于7xxx高强铝合金的搅拌摩擦焊（FSW），焊接缺陷及焊缝成形质量差都会导致接头软化、疲劳寿命降低及耐蚀性变差等问题；优化FSW焊接工艺参数，减少焊接缺陷，改善焊缝成形质量，有利于降低接头软化程度、提高接头的疲劳寿命及耐蚀性；选择合适形状的搅拌针对7xxx高强铝合金进行FSW，有利于改善接头的力学性能；对FSW接头进行表面机械滚压处理和超声冲击处理，改善接头表面的应力状态，有利于改善接头的疲劳性能；对FSW接头进行适当的焊后热处理，改善接头中强化相的形态、分布状态及晶粒特征，有利于改善接头的耐蚀性。     

6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头疲劳性能分析

通过对3.3 mm厚6005A-T6铝合金型材双轴肩搅拌摩擦焊接头进行疲劳试验，分析型材平行段宽度及厚度对试件疲劳性能的影响；并结合典型参数下焊接接头的宏观成形及其微观组织演变，揭示型材双轴肩搅拌摩擦焊接头的断裂行为.结果表明，典型参数下(转速1 000 r/min、焊接速度100 mm/min、平行段宽度和厚度分别为11.8 mm和3.1 mm)接头的拉伸断裂位置位于后退侧热影响区；型材接头前进侧热力影响区晶粒组织的特征会影响型材疲劳裂纹产生与开动；疲劳断口扫描分析显示断口无明显缺陷，试件疲劳条带的扩展区和瞬断区具有典型的疲劳断裂特征，断裂发生在前进侧热影响区位置.     

6061铝合金搅拌摩擦焊有限元分析及工艺研究

以6061铝合金为母材进行搅拌摩擦焊,建立了搅拌摩擦焊焊接时的产热模型,通过改变板料厚度,对厚板铝合金搅拌摩擦焊时根部易出现缺陷的问题进行了有限元分析,分析采用双轴肩结构形式,进行了单、双轴肩搅拌摩擦焊焊接接头金相试验,为6061铝合金厚板焊接常出现的根部连接较弱的问题提出了可供借鉴的解决思路。     

搅拌摩擦焊接接头的静载力学行为和疲劳特性

对LF2铝合金搅拌摩擦焊接接头的静载力学行为和疲劳特性进行了研究，建立了焊接接头的孓Ⅳ曲线。力学实验结果表明：LF2铝合金搅拌摩擦焊接接头的最高抗拉强度为252．8MPa，是母材抗拉强度的95．4％。疲劳实验结果表明：搅拌摩擦焊接接头表现出良好的疲劳性能，疲劳寿命N=10^5次的疲劳强度为59～65MPa。显微组织分析表明：搅拌摩擦焊接接头具有细小的等轴晶粒和狭窄的热影响区，阻碍了滑移带的形成和裂纹的扩展，从而提高了接头的疲劳性能。疲劳断口分析显示：随着驻留滑移带的扩展逐渐萌生裂纹，在交变应力作用下最终导致失效。     

返修工艺对6005-T6铝合金型材搅拌摩擦焊接头性能的影响

在相同工艺参数下,对6005-T6铝合金型材双轴肩搅拌摩擦焊接头进行一次返修,并对其疲劳试件断口进行SEM扫描与分析。结果表明:返修后焊接接头的疲劳强度低于未返修焊接接头,随着应力的增大,从低应力区到高应力区,两种接头疲劳强度差异缩小;由升降法计算得未返修焊接接头疲劳极限为101.7 MPa,返修接头疲劳极限为75 MPa。断口分析表明:一次返修后疲劳试件未发现明显缺陷,断裂位置主要集中在母材,启裂区表面平滑,扩展二次裂纹少,疲劳纹清晰且粗大,终断区为韧性断口,可观察到大量浅韧窝。     

2A14-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊特征及接头组织性能分析

成功实现了2A14-T6高强铝合金的双轴肩搅拌摩擦焊,获得了表面成形良好,无内部缺陷的优质接头. 试验发现,在焊缝的焊核内存在一个由上、下轴肩和搅拌针所驱动的材料塑性流动交汇区,该交汇区靠近焊缝下表面. 微观分析表明,焊核上部的晶粒尺寸要小于其中部和下部的晶粒尺寸. 焊缝各区的块状第二相在焊接中发生了溶解和粗化,导致接头内出现了宽度近乎轴肩直径二倍的软化区;焊缝各层硬度分布接近,没有出现常规搅拌摩擦焊中常见的接头各层异性现象. 经拉伸测试证实,双轴肩焊接接头的强度系数达到了71%,拉伸时断在了焊核内的材料流动交汇区处.     

高镁铝合金搅拌摩擦交叉焊接头微观组织与力学性能

为满足大型铝合金船舶壁板的制造需求,对新一代高镁铝合金进行了搅拌摩擦交叉焊接试验. 结果表明,交叉焊接头成形良好,搅拌区晶粒尺寸最小,热力影响区晶粒形态没有明显方向性,与单道搅拌摩擦焊相比,交叉焊接头搅拌区晶粒组织更细. 显微硬度测试结果表明,交叉焊接头显微硬度变化范围较小,前进侧接头软化明显;拉伸试验测试结果表明,交叉焊接头抗拉强度为340 MPa,为母材强度的87%,对比搅拌摩擦焊接头抗拉强度358 MPa略微降低,在热影响区断裂,断裂方式为45°韧性断裂;疲劳裂纹萌生于焊缝底部,在最大应力150 MPa下循环超2 × 106次未断裂,疲劳性能良好,瞬断区断裂方式为韧性断裂.     

铝合金搅拌摩擦与MIG焊接接头疲劳性能对比试验

根据疲劳S-N曲线试验结果,对5A06铝合金搅拌摩擦焊(FSW)和MIG焊接接头的疲劳性能进行了初步比较,分析讨论了搅拌摩擦焊过程中所产生的焊接缺陷对其疲劳性能的影响.结果表明,在焊态下由于焊接接头几何形状等的影响,FSW的疲劳强度明显高于MIG焊接接头;对FSW焊缝根部的"吻接"缺陷(kissing-bonds)是降低FSW焊接接头疲劳寿命的主要因素,旋转搅拌工具在焊缝表面形成的多余飞边将对疲劳行为产生明显影响.