AZ31B镁合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能

对我国航天工业中常用的6.6 mm厚的AZ31B镁合金进行了搅拌摩擦焊试验,获得了型面良好、表面质量光滑、检测无缺陷的焊接接头。对比分析了镁合金在不同工艺参数下的焊接接头拉伸、硬度以及断裂等力学性能;同时,研究了AZ31B镁合金搅拌摩擦焊在不同区域的显微组织结构。结果表明,焊接接头抗拉强度达到250 MPa,为母材的89.3%,焊接接头硬度大于母材硬度,接头断裂位置位于前进边热力影响区附近;焊核区晶粒大小均匀,热力影响区晶粒大小不一,存在焊核区塑性流动和搅拌头的转动双重作用结构,从而论证了航天AZ31B镁合金搅拌摩擦焊的可行性。     

厚板AZ31镁合金搅拌摩擦焊焊接接头的组织与性能

对10mm厚板A231镁合金成功进行了搅拌摩擦焊接,获得成形良好、表面光滑、无裂纹、无气孔的焊接接头.研究该搅拌摩擦焊接头不同区域的显微组织特征,并通过拉伸、冲击和硬度试验分析了焊接接头的力学性能.结果表明,焊缝中心区是均匀细小的等轴晶粒,热力影响区晶粒大小不均匀,存在较明显的塑性流变带结构;焊接接头的抗拉强度达到母材的80%以上,焊接接头的冲击韧性比母材高,焊接接头的显微硬度比母材稍有降低,焊接接头具有较好的力学性能,说明搅拌摩擦焊是焊接厚板镁合金的一种有效方法.     

409L铁素体不锈钢搅拌摩擦焊接接头的组织及力学性能

采用W-Re合金搅拌工具对4 mm厚409L铁素体不锈钢板进行搅拌摩擦焊(FSW),利用光学显微镜、扫描电镜、电子万能试验机和显微硬度仪等研究了焊接接头的焊缝形貌、微观组织和力学性能。结果表明：采用转速为1000 r/min,焊速为80 mm/min的工艺参数可以获得力学性能良好、无缺陷的409L铁素体不锈钢搅拌摩擦焊接接头。接头焊核区组织为高度细化的等轴铁素体晶粒，平均晶粒尺寸为17.3μm,并形成了大量的小角度晶界，是母材的3.66倍。焊缝的显微硬度分布呈“抛物线”形态，焊核区的硬度最高，为143 HV0.2,焊缝各区域的力学性能均高于母材。焊接接头的拉伸断裂在母材处，断裂形式为韧性断裂。     

大厚度2219铝合金搅拌摩擦焊组织和性能及工程因素分析

针对22 mm厚的2219铝合金，首先设计了2219铝合金搅拌摩擦焊的专用搅拌工具，进行了2219铝合金搅拌摩擦对接试验，获得了成形良好、性能优良的焊接接头。研究了不同装配间隙及错边量对2219铝合金搅拌摩擦焊接头的力学性能的影响。结果表明，在转速为300～450 r/min、焊接速度为100～150 mm/min时，接头可划分为焊核区、热力影响区、热影响区及母材；其中，焊核区组织均为细小的等轴晶；接头的显微硬度呈U形分布，最低显微硬度位于热力影响区，最高显微硬度位于母材区；接头的平均抗拉强度为341 MPa，为母材的74%，接头的断后伸长率为6.1%；焊接接头均断裂于热力影响区，呈韧性断裂。此外，随着装配间隙的增加，接头的抗拉强度逐渐降低；相反，随着错边量的增加，接头的抗拉强度呈先增加后降低的趋势；装配间隙为1 mm、错边量为1.5 mm时，接头无缺陷，具有最优的力学性能。     

焊接速度对7A04铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

采用不同焊接速度焊接7A04铝合金板材,并对搅拌摩擦焊接头进行微观组织和力学性能分析研究。结果表明,接头焊核区由于搅拌头的搅拌作用及发生动态再结晶,形成细小等轴晶,尺寸远小于母材;机械热影响区处于搅拌头外缘,在搅拌头搅拌作用下发生明显的拉伸变形;热影响区晶粒发生明显粗化。不同焊接速度下焊缝区的硬度分布整体上呈"W"形分布,接头软化,焊缝区硬度低于母材,硬度最高值出现焊核区,最低值出现在热影响区。当旋转速度为800 r/min,焊接速度为120 mm/min时,接头成型性最佳,其抗拉强度为410 MPa,达母材强度的75%。     

7075铝合金搅拌摩擦焊研究

使用搅拌摩擦焊对8mm厚的7075-T7351铝合金进行了单道平板对接。结果表明,在工艺参数为搅拌头旋转速度为1180r/min、焊接速度为37.5mm/min时,可获得较好的接头,抗拉强度达到390MPa,是母材强度的78%;7075-T7351铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织为典型的搅拌摩擦焊接头组织,焊核区为细小的等轴晶,晶粒大小为6~7μm,母材组织中的强化相在此区域消失;接头显微硬度值分布趋势沿焊缝中心两侧基本对称,热机影响区-热影响区过渡区及焊核区硬度低于母材,是焊件的薄弱环节。     

焊接参数对7A04铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能的影响

采用不同的焊接参数对3 mm厚7A04铝合金板进行焊接,并对接头的组织、沉淀相、力学性能及断口形貌进行了分析. 结果表明,焊核区组织发生动态再结晶,形成细小的等轴晶粒,热影响区晶粒发生明显粗化. TEM分析结果显示,经搅拌摩擦焊后,焊核区部分沉淀相溶解. 焊核区晶粒尺寸随焊接速度增大而减小. 当焊接速度为120 mm/min,旋转速度为800 r/min时,接头强度达到最大值 454.2 MPa,为母材的95%,断后伸长率为3.97%,为母材的70%. 硬度测试显示搅拌摩擦焊接头发生软化,焊缝区域硬度低于母材,硬度值最低点出现在热影响区;拉伸断口形貌SEM图像表明接头断裂方式为韧性和脆性混合型断裂.     

7B04-O铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能研究

对3 mm厚的7B04-O高强铝合金进行搅拌摩擦焊对接焊接,研究焊接速度、旋转速度对焊缝成形质量的影响,对焊接接头的力学性能和显微组织进行了分析。结果表明:当旋转速度为750 r/min,焊接速度为150~235 mm/min,可获得表面纹理均匀细腻、无变形无飞边、无缺陷的对接接头;焊接接头力学性能优良,抗拉强度达到198 MPa,断后伸长率达到13.2%,拉伸试样断裂在距接头较远的母材位置。焊接接头微观组织分为焊核区、热机影响区、热影响区和母材区。其中,焊核区形成均匀细小的等轴晶粒,热机影响区晶粒沿变形方向被大幅拉长,但晶粒变形没有焊核区剧烈,热影响区形貌与母材保持一致,晶粒仅发生了粗化。     

2024铝合金搅拌摩擦焊接头组织结构及力学性能

采用搅拌摩擦焊工艺实现3 mm厚的2024铝合金焊接,对接头搅拌区的组织结构及力学性能进行分析。研究表明,焊核区主要由再结晶和搅拌的双重影响而形成的细小等轴晶组织构成;热机影响区受焊核区剪切力及热循环的影响,晶粒大小不均匀并伴有晶粒变形的现象。力学性能分析表明,接头显微硬度分布特征与金相组织结构一致;当焊接速度为300 mm/min时,接头的抗拉强度达到294 MPa,为母材的69%,接头的断裂形式为韧窝和沿晶断裂特征的韧性和脆性断裂;接头的焊接残余应力以纵向应力为主,纵向残余应力峰值出现在前进侧轴肩作用的边缘处,焊接速度为300 mm/min时峰值达到164.5 MPa。     

2A12厚板铝合金搅拌摩擦焊接头组织性能研究

本文通过对航空航天结构件常用的2A12@g合金的搅拌摩擦焊实验，研究了在不同焊接工艺下焊缝组织及接头的力学性能。研究结果表明，用搅拌摩擦焊方法焊接板厚12mm的2A12铝合金，当工艺参数合适时，可获得成形美观、内部无缺陷、几乎无变形的平板对接接头。从显微组织角度，焊接接头可分为不同区域。力学性能实验表明，接头的抗拉强度可达母材的86％，高于熔焊接头的强度，断裂位置大多位于热影响区。     

16mm厚T2铜搅拌摩擦焊组织及接头力学性能分析

选用转速300 r/min、焊速30 mm/min的工艺参数对16 mm厚的T2紫铜厚板进行搅拌摩擦焊接,并对其焊接接头的微观组织、力学性能进行了分析。结果表明,焊核区晶粒尺寸比母材细小,其平均硬度为73 HV,稍高于母材,热影响区和热机影响区硬度较低;焊接接头的抗拉强度为229 MPa,是母材的97%,试样断裂的位置均在前进侧热影响区。X射线衍射结果表明,焊接接头只有Cu,无氧化物和其它金属间化合物产生。     

5052铝合金FSW接头组织和力学性能

采用搅拌摩擦焊焊接8 mm厚5052-O铝合金,并对焊接接头进行了显微组织观察和力学性能测试。结果表明:接头组织左右不对称,前进侧与母材分界线较明显,后退侧与母材分界线较模糊;焊接接头抗拉强度平均值为193.5 MPa,接头强度可达母材的99%,伸长率可达母材的84%;焊接接头正弯角和背弯角均可达到180°,弯曲性能良好;焊核区显微硬度约为72 HV,略高于母材,硬度最低点出现在前进侧熔合过渡区。     

铝合金FSW拼焊板塑性变形规律研究

铝合金搅拌摩擦焊拼焊板焊缝各区力学性能的差异导致拼焊板成形时严重的不均匀性,降低了拼焊板的成形性能,极大地限制了铝合金拼焊板的应用。以2024铝合金搅拌摩擦焊拼焊板为研究对象,通过实验和有限元模拟系统研究接头力学性能失配对铝合金拼焊板塑性成形性能的影响规律和机理。对铝合金搅拌摩擦焊接头进行金相检验和硬度测试,根据接头组织及硬度分布特征,将搅拌摩擦焊接头划分为焊核区、热机影响区、热影响区以及母材区4个部分,以此建立搅拌摩擦焊接头的有限元模型,并对接头变形过程中的约束与协调变形规律进行分析。接头变形时拉伸应力在屈服应力最小的区域最低,在屈服应力较大的区域相应升高,且在接头中存在失配比交界处都会发生突变。从形变能的角度分析,这主要是由于力学性能失配而导致变形不协调及相互约束,表现在接头拉伸性能上就是屈服强度及屈服位置、抗拉强度、延伸率随接头各区失配比组合的差异。     

2219铝合金搅拌摩擦焊焊缝顶锻式摩擦塞补焊接头性能分析

采用顶锻式摩擦塞补焊方法对10 mm厚2219铝合金搅拌摩擦焊焊缝用2219铝合金塞棒进行了补焊,研究得出塞棒锥角大于塞孔锥角的配合方式能有效避免缺陷的产生。对塞补焊接头的微观组织、常温和低温力学性能、显微硬度和断口形貌进行了分析。结果表明,塞补焊接头分为塞棒区、焊核区、热力影响区、热影响区和母材区5部分,焊核为细小的等轴再结晶组织,热力影响区晶粒发生粗化长大和弯曲变形,热影响区组织晶粒结构与母材相似。塞补焊接头的低温抗拉强度和断后伸长率基本达到搅拌摩擦焊接头的性能。塞补焊接头显微硬度分析表明,焊核区硬度最高,最低硬度值出现在热力影响区。     

2219-T87铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊方法对8mm厚2219-T87铝合金进行了焊接.对接头的宏观形貌、微观组织、显微硬度及断口形貌进行了分析.结果表明,焊核区为细小的等轴晶粒,晶粒尺寸远小于母材;热机影响区发生了弯曲变形;热影响区组织出现了明显粗化.前进边热机影响区和焊核区形成明显分界线,后退边相对模糊.搅拌摩擦焊对接头各区域沉淀相分布形态有重要影响.接头室温拉伸强度可以达到母材的70%以上.沿焊缝横截面的显微硬度的分布显示,硬度最低点位于后退侧热影响区区域,断裂位置位于后退侧热影响区处,接头的断裂形式为韧性断裂.     

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.     

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。     

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。     

异种铝合金零倾角搅拌摩擦焊接头组织性能研究

采用零倾角搅拌摩擦焊工艺对6061T6和2024T4铝合金进行焊接,研究了不同焊接速度焊接接头的组织和力学性能。结果表明：零倾角搅拌摩擦焊接接头截面中部为焊核区,两侧为热机械影响区、热影响区和母材,焊核区可见明显的“S”线。接头的母材组织为长条状α铝晶粒,焊核区为细小的等轴晶,热机械影响区呈弯曲变形的晶粒,热影响区组织与母材组织类似。接头截面硬度分布呈“W”形,最低硬度位于热机械影响区和热影响区结合处。随着焊接速度的增大,焊核区硬度值呈增大趋势,同时接头软化区范围逐渐缩小。接头的抗拉强度随着焊接速度的增大呈先增后减的趋势,而伸长率却呈现逐渐降低的趋势。焊接速度为900 mm/min时的强度最高,为263.62 MPa,接头断口为典型的韧窝状断口。     

铝合金LD10的搅拌摩擦组织及性能分析

搅拌摩擦焊是20世纪90年代发展起来的新型固态塑性连接方法，在航空航天结构中铝合金件的焊接方面有很好的应用前景。文中试验研究了航空航天结构件常用的LD10铝合金的搅拌摩擦焊技术。通过工艺试验，对其塑性连接时的焊缝成形、焊缝组织形态及接头的力学性能进行了分析。研究结果表明，用搅拌摩擦焊方法焊接板厚6mm的LD10铝合金，当规范参数合适时，可获得外观成形美观、内部无缺陷、几科无变形的平板对接接头。从显微组织角度，焊接接头可分为五个区域，即焊核、热力影响区、热影响区、轴肩变形区和探针挤压区，各区域的组织有明显的特征。接头的力学性能试验表明，接头的抗拉强度可达母材的87％，高于熔焊接头的强度，断裂位置大多位于热影响区。