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.     

6063-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头组织及力学性能分析

对4 mm厚6063-T6铝合金进行了双轴肩搅拌摩擦焊接试验. 结果表明,双轴肩搅拌摩擦焊可以实现6063-T6铝合金的焊接,得到表面成形良好且内部无缺陷的接头. 接头宏观形貌为哑铃状,其微观形貌分为焊核区、热力影响区、热影响区及母材区. 在搅拌头转速为1 200 r/min,焊接速度为400~700 mm/min的工艺区间内,接头强度呈先升高后降低的趋势,最高可达181.64 MPa,为母材的68.5%,硬度分布呈W状分布,接头断裂位置位于前进侧热影响区,断裂方式为韧性断裂.     

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.     

7050铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织及力学性能分析

采用搅拌摩擦焊焊接厚12 mm的7050铝合金,分析接头的微观组织和力学性能。研究结果表明,焊核区由于热循环作用形成细小的等轴再结晶组织;热机影响区受机械和热的双重作用组织发生了较大程度的变形,在热循环的作用下发生回复反应;热影响区仅受热循环的作用,组织稍微有粗化现象。力学试验表明:旋转速度400r/min、焊接速度180mm/min时,接头的抗拉强度可以达到391 MPa,为母材的77%;焊接速度200 mm/min,旋转速度450 r/min时,接头的抗拉强度可以达到376 MPa,为母材的74%。断口形貌分析显示,接头断裂模式为穿晶和沿晶混合型断裂。     

超声振动对6061-T4铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

利用自主研制的试验装置,通过工具头将超声振动能量施加在搅拌头前方的待焊工件上,研究了超声振动能量对减少焊接缺陷、改善搅拌摩擦焊接头组织和力学性能的影响.对6 mm厚度6061-T4铝合金板进行了超声振动强化搅拌摩擦焊工艺试验,并与相同工艺条件下的常规搅拌摩擦焊进行了对比.结果表明,超声振动能够减小焊速/转速比较大时的焊缝内部隧道型缺陷,增大材料对接混合区宽度和焊核区体积,细化焊核区和热力影响区微观组织,提高接头抗拉强度和焊核区显微硬度.     

Microstructure evolution and fracture behaviour of friction stir welded 6061-T6 thin plate joints under high rotational speed

6061-T6 sheets with 0.8?mm thickness were successfully welded using high-speed friction stir welding (FSW) technology. The microstructural evolution and fracture behaviour of the joints were studied. The results show that sound joints could be obtained at the investigated high rotational speed of 8000?rev?min^?1 and welding speeds of 300–1200?mm?min^?1. Compared with conventional rotational speed, the grain size in the nugget zone (NZ) is obviously refined under high rotational speed. The Mg₂Si, Al₈Fe₂Si and Al₂CuMg precipitates reprecipitated adequately in the NZ during high-speed FSW, resulting in the number of the precipitates increased significantly, and further alleviating the weld softening. The difference in weld softening leads to different fracture characteristics during the tensile process. After artificial aging, the maximum welding softening in all joints is located in the heat affected zone, and the fracture is characterised by brittle fracture.     

工艺参数影响2060铝锂合金搅拌摩擦焊接头的成形规律

以在航空领域有广泛应用前景的2 mm厚2060-T8 Al-Li合金为研究对象,进行了搅拌摩擦焊对接接头的试验分析,重点研究焊接工艺参数影响焊接接头成形的规律.研究结果表明,呈碗形的焊缝由轴肩作用区与焊核区组成;轴肩作用区的等轴晶的晶粒大于焊核区.当搅拌头的转速为800 r/min且焊接速度为80 mm/min时,焊接接头的表面成形良好且内部无缺陷.与800 r/min,80 mm/min相比,提高旋转频率或降低焊接速度,焊缝表面变得较粗糙;降低旋转频率或提高焊接速度,焊缝内部会出现隧道型缺陷.     

转速对6061铝合金/纯铜异种金属搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

采用搅拌摩擦焊技术对4 mm厚6061-T6铝合金和纯铜进行连接,研究转速对铝铜异种金属接头组织与力学性能的影响。结果表明,当焊接速度为30 mm/min、搅拌头转速在1 200~1 800 r/min的范围内,可以获得表面成形良好、无缺陷的铝铜异种金属接头。大量破碎的铜被搅入焊核区,形成了组织结构复杂的区域。通过EDS和XRD分析,在焊核区内发现了Al_2Cu、Al_4Cu_9和Al Cu金属间化合物。在界面处,铝和铜发生相互扩散形成金属间化合物层,随着转速的提高,化合物层逐渐变厚。由于晶粒细化、固溶强化作用以及金属间化合物的生成,异种接头的焊核区平均显微硬度值高于铝铜两侧平均硬度,并且在焊核区出现硬度峰值点。随着转速的增加,接头抗拉强度呈现先增大后减小的趋势,所得最优接头抗拉强度为183 MPa,达到铜母材的71.8%,断裂位置位于铝侧热影响区,断裂方式为韧性断裂。     

旋转速度对镁/铜异种金属搅拌摩擦焊接头成形及拉伸性能的影响

保持95 mm/min焊接速度不变的条件下,通过改变旋转速度研究其对镁/铜异种金属搅拌摩擦焊接头成形和力学性能的影响。结果表明:采用750 r/min搅拌头旋转速度焊接时,焊缝表面出现起皮现象;焊核区底部形成明显的隧道槽缺陷。适当增加搅拌头旋转速度至950 r/min时,焊缝表面变得更光滑;混合区尺寸增大;内部隧道槽缺陷消失;该混合区主要由被搅碎的Mg、Cu合金和少量新生成的Mg₂Cu金属间化合物组成;接头的抗拉性能最好,抗拉强度达81.7 MPa;但是,继续增大搅拌头旋转速度至1180 r/min时,不利于接头成形,混合区底部有细小的孔洞缺陷产生。     

0Cr18Ni9不锈钢搅拌摩擦焊接头的微观组织和性能

采用搅拌摩擦焊工艺对3mm厚0Cr18Ni9不锈钢板进行了对接焊接。焊接接头内形成了焊核区、热力影响区和热影响区三个区域。焊核区由动态再结晶组织构成;热力影响区内的组织发生了不同程度的变形;热影响区由不完全再结晶组织构成。焊核区发生了明显的加工硬化现象,其显微硬度(HV)与母材相比提高了22%。在搅拌头旋转速度600r/min、焊接速度70mm/min下,接头的拉伸强度最高,达到412MPa。     

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.     

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.     

ULCB钢电子束穿透焊组织与性能

为了进一步探索ULCB钢的焊接性能,采用真空电子束穿透焊不同束流强度对14 mm钢板对接接头进行了焊接,通过焊缝形貌比较,束流强度为100 mA时,接头焊缝成形最好,选取该接头做了拉伸、硬度、冲击试验及金相组织分析.结果表明,拉伸试样的断裂区域在母材区,抗拉强度为761 MPa、屈服强度为669 MPa,硬度范围在270~330 HV;冲击试样的断裂区域在热影响区,焊缝区平均冲击功为288 J,热影响区平均冲击功为273 J;接头显微组织中,焊缝区和热影响区产生了α'马氏体相,使焊缝区和热影响区产生相变强化,导致焊接接头的强度和硬度均高于母材.     

铜/钢异种金属搅拌摩擦焊搭接工艺

采用SKD61模具钢搅拌头对2 mm厚铜/钢异种金属进行搅拌摩擦焊搭接,分析了搭接接头微观组织和力学性能. 结果表明,当搅拌针与钢母材直接接触时,随焊接过程的进行搅拌针不断磨损甚至发生断裂. 焊核区前进侧出现流线区域,在搭接界面结合处形成机械冶金结合. 显微硬度测试显示,铜侧焊核区硬度最高,在搭接界面处硬度分布呈中间高两边低的趋势,接头厚度方向搭接界面处硬度最高. 形成良好结合的搭接接头在拉剪试验中断裂于铜侧热影响区,拉伸断口存在大量韧窝,呈典型韧性断裂模式.     

搅拌摩擦焊接工艺参数对AA6061-B4C焊接接头抗拉强度的影响（英文）

搅拌摩擦焊(FSW)是一种固态连接技术,可用来连接高强度铝合金及多种陶瓷颗粒增强金属基复合材料(MMCs)。搅拌摩擦焊获得的陶瓷增强金属基复合材料焊缝优良,在增强体与基体间没有发生有害反应。对搅拌摩擦焊接工艺参数对AA6061-B4C焊接接头抗拉强度的影响进行研究。采用4因素5水平的中心复合设计来控制实验的次数。构建一数学模型来分析搅拌摩擦焊工艺参数对接头抗拉强度的影响。结果表明,在旋转速度1000r/min、焊接速度1.3mm/s、轴向力10kN、增强相含量12%的条件下,搅拌摩擦焊得到的焊接接头的抗拉强度最大。根据构建的模型采用广义简约梯度算法进行优化以得到最大的抗拉强度。金相分析表明,在焊接接头中出现了多种区域,如焊合区、热力影响区和热影响区。在焊合区观察到大量的被细化的铝基体晶粒以及粒径明显减小的B4C颗粒。在热力影响区出现塑性变形、热影响和被拉长的铝晶粒。     

Incoloy 825镍基高温合金电子束焊工艺及接头组织与力学性能分析

采用电子束焊,对空冷器管箱Incoloy 825镍基高温合金进行对接焊试验. 通过对焊接接头的组织观察,并结合拉伸力学性能以及接头的冲击韧性等试验,分析镍基高温合金电子束焊接头的组织和力学性能. 结果表明, 采用电子束焊焊接镍基高温合金可以得到良好的焊接接头,焊缝区组织由大片等轴晶和少量柱状晶组成;焊缝区没有出现明显的元素烧损现象;焊缝、热影响区硬度达到母材硬度值;焊缝接头抗拉强度达到600 MPa,接近母材抗拉强度,接头断裂形式为韧性断裂;焊缝和热影响区的冲击吸收能量高于母材区,其中焊缝区的冲击吸收能量达到了262 J,冲击断口形貌为韧窝状.     

铝合金/不锈钢惯性摩擦焊接头的组织特性和力学性能研究

惯性摩擦焊是一种连接异种金属理想的焊接方法,对铝合金/不锈钢采用惯性摩擦焊进行焊接,并详细研究了焊接接头的形貌、组织、界面成分和力学性能.结果表明,在惯性摩擦焊接头的界面处形成了很薄的金属间化合物(IMC)反应层,该反应层主要由Al、Fe 元素组成,是富集Si 元素的FeAl3相.惯性摩擦焊接头组织由焊核区、完全动态再...     

搅拌针转速对厚板镁合金SSFSW焊缝组织及性能的影响

对9 mm厚板AZ31B镁合金进行静止轴肩搅拌摩擦焊(stationary shoulder friction stir welding,SSFSW)工艺试验,探讨搅拌针转速(500～1 000 r/min)对焊缝组织及力学性能的影响规律.结果表明,在给定焊接速度80 mm/min下,搅拌针转速在600～800 r/min范围可获得表面光滑、无内部缺陷的对接焊缝,当转速为1 000 r/min时焊缝表面出现不连续凹坑但内部仍无缺陷.随着转速增加,晶粒尺寸由(11.11±1.68)μm增加到(18.95±1.83)μm;在700 r/min时焊核区晶粒尺寸沿板厚差异最小.焊缝中间硬度分布具有不均匀性且随转速增加而减小,最大差异为10.97 HV,最低硬度47 HV位于前进侧的热力影响区与焊核区界面处.在700 r/min下接头力学性能最佳,强度系数为90.2%、对应断后伸长率为母材69.3%.随着转速增加,断裂模式由韧-脆混合断裂转变为剪切-韧性混合断裂.     

工艺参数对搅拌摩擦焊变形铝合金接头性能的影响

文中采用搅拌摩擦焊方法对4 mm厚的1060,2024,6061三种变形铝合金板材进行对接试验,焊后利用光学显微镜和扫描电镜分析、对比了焊接接头各区的微观组织和试样断口形貌,并测试了其拉伸性能和显微硬度.结果表明,三种材料接头焊核区的组织细小且焊核区的硬度最高,而热影响区组织粗大且硬度最低.接头的强度都随焊接速度和搅拌头旋转速度的增大呈先增大后减小的趋势,且接头最优抗拉强度与母材强度呈线性关系.拉伸试验中试样在热影响区断裂、断口呈韧窝状,为典型的韧性断裂.热影响区组织粗大和二次相偏聚是造成接头薄弱点的主要原因.     

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。