喷射成形7055铝合金摩擦焊焊接接头结构与性能

采用连续驱动摩擦焊方法对喷射成形7055铝棒进行了摩擦焊接试验,并对焊接接头的宏观形貌、微观组织和性能进行了分析。试验结果表明:焊接接头的热输入量对于接头外观成形影响较大,当转速为1470r/min时,采用一级时间5s,二级位移2mm,顶锻时间5s,一级压力、二级压力和顶锻压力分别为1MPa、4MPa和4MPa的参数进行焊接时能获得外观成形良好、性能优良的的焊接接头。根据接头明显的区域特征可将其分为四部分:WZ、HMAZI、HMAZII和HAZ;在WZ区、HMAZI区和HMAZII区均发生了动态再结晶,组织致密,晶粒细小;硬度最高区域为HMAZI区,可达原始材料的85%左右;接头导电率可以达到原始材料的水平。     

摩擦压力对Super304H/T92摩擦焊焊接接头性能的影响

利用连续驱动摩擦焊技术焊接Super304H和T92钢管,焊接接头具有良好的显微组织和力学性能。考察摩擦压力对焊接接头显微组织和力学性能的影响,研究表明:随着摩擦压力增加,焊合区和热影响区晶粒尺寸没有明显变化,热影响区碳化物析出相的数量略微增加,显微硬度逐渐增大,冲击韧性逐渐降低,拉伸断裂位置和拉伸强度没有变化。     

ZL205A大厚板铝合金TIG堆焊组织与性能研究

目的 解决壁厚25 mm的ZL205A铸造铝合金在多层多道TIG焊过程中接头易出现气孔和虚焊等问题,进而实现大厚板ZL205A的高质量焊接。方法 采用TIG堆焊方法对25 mm厚的ZL205A进行焊接,研究不同层间焊接电流对接头组织和力学性能的影响。结果 焊后接头焊核区存在明显的气孔缺陷,随层间焊接电流的增大,气孔缺陷数量和尺寸显著增加。焊接接头根据组织特征分为焊核区、熔合区、热影响区和母材区,其中焊核区晶粒尺寸最小,约为20μm,仅为母材晶粒尺寸的1/5左右。在焊核区晶界处弥散分布了大量Al₂Cu、Al Cu及少量Al₁₂CuMn₂颗粒相。随焊接电流的增大,接头拉伸强度及伸长率呈现先增大后减小的趋势,其最大拉伸强度为母材强度的94%,最大伸长率仅为母材伸长率的41.72%。在最优焊接电流下,接头拉伸断裂位置为母材处和焊缝处,气孔缺陷是导致焊缝断裂的主要原因,而母材断裂的主要原因为晶界间存在较多脆硬性AlCu/颗粒相。结论 采用TIG多层多道的焊接方法通过控制不同层间电流可以实现25mm厚ZL205A的高强度焊接。     

5083和6061铝合金异种搅拌摩擦焊接接头的组织和性能

以不同的转速对6 mm厚的5083和6061铝合金进行搅拌摩擦焊接,研究了焊接参数对接头组织和性能的影响。结果表明,控制焊接参数可获得良好的焊接质量,接头强度系数为85%。随着转速的升高5083和6061铝合金的晶粒尺寸都逐渐增大,但是在焊核区内5083铝合金的晶粒尺寸比6061铝合金的小;在6061铝合金一侧的热影响区,随着转速的增加析出相的尺寸和密度都逐渐增大。5组焊接参数的焊接接头的最低硬度区均出现在6061铝合金一侧的热影响区,随着转速的升高接头的最低硬度也逐渐提高;焊接接头均断裂在最低硬度区,且随着转速的升高接头的抗拉强度也逐渐提高。     

铝合金搅拌摩擦对接焊接头组织与性能研究

研究了5083铝合金搅拌摩擦焊(FSW)焊接接头组织与性能,采用金相显微镜观察焊接接头各区域的微观组织,并对接头显微硬度和力学性能进行了测定。结果表明,5083铝合金搅拌摩擦焊焊核组织为动态再结晶生成的细小组织,强化相均匀分布;热机影响区由于动态再结晶和焊接热循环的双重作用,组织变化较大,晶粒有一定程度的长大,强化相有所细化;热影响区仅仅受到热循环作用,使得晶粒粗化和强化相出现聚集现象。搅拌摩擦焊接接头中心硬度与母材基本相当,热机影响区和热影响区由于焊接热输入的原因,使得硬度有所降低。搅拌摩擦焊室温拉伸性能和冲击性能不低于母材的,其中拉伸试样均断裂于母材,焊核室温冲击值达到母材的1.5倍以上,热影响区冲击值与母材的相当。     

不同摩擦压力下TB2线性摩擦焊过程参量的变化规律研究

目的 深入分析钛合金线性摩擦焊接过程,掌握焊接参数变化时各摩擦阶段过程参量的变化规律及其与接头质量的关系。方法 采用不同摩擦压力进行TB2钛合金线性摩擦焊接试验,基于信号采集获得了焊接过程典型参量的变化曲线。结果 曲线特征分析表明,摩擦压力40 MPa时,在设定时间内未达到稳定摩擦阶段,曲线特征异常,接头明显未焊合。随摩擦压力增大至70和100 MPa,各曲线变化规律与线性摩擦焊接4个典型阶段相吻合,分别得到焊缝宽度不同的无缺陷接头。70 MPa下摩擦剪力过渡平缓,界面塑性金属的产生与挤出较为协调,焊接过程的稳定性及接头质量易于得到控制。结论 通过对比不同参数下焊接过程参量的变化规律,有助于认识不同线性摩擦焊接过程的内在差异,从而判断接头质量并选取合适的焊接参数。     

2024铝合金搅拌摩擦焊接头塑性变形行为研究

为了研究搅拌摩擦焊卷焊管坯的力学性能及接头塑性变形行为,以5 mm厚的2024退火态铝合金搅拌摩擦焊板坯为对象,采用网格法测试接头塑性变形分布,用EBSD测量接头各区域晶粒尺寸及位相,并结合SEM观察接头第二相的分布,研究了接头力学性能、应变分布与微观组织之间的关系.研究表明:搅拌摩擦接头强度与母材等强,延伸率下降44%;接头前进侧距离焊缝中心8～17 mm的母材较早出现了应变的集中,局部应变可达23%,而焊核区和接头返回侧母材发生的变形较小,平均应变分别为3%和11%,各区域应变的不均匀主要是由于接头各区晶粒尺寸及位相的差异造成的,导致接头整体延伸率的下降.     

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。     

20#钢连续驱动摩擦焊大变形及传热行为的有限元模拟研究

目的研究20~#钢连续驱动摩擦焊接过程工艺参数对焊接过程温度场和变形行为的变化规律。方法基于ABAQUS有限元软件二次开发环境,建立了20~#钢连续驱动摩擦焊接过程中的完全热-结构耦合模型。通过对比模拟和实验获得的焊接温度场、轴向缩短量和飞边形貌,对模型进行了验证。研究了工艺参数对摩擦焊接过程温度场与大变形行为和接头组织与性能的影响规律。结果在不稳定摩擦阶段,峰值温度出现在外表面附近。在稳定摩擦阶段,峰值温度稳定在距焊缝中心约2/3半径位置。接头温度的升高速度随着摩擦压力和转速的增大而增大,摩擦压力和转速对稳定阶段温度场的影响很有限;经过顶锻阶段之后摩擦面温度分布更加均匀,顶锻力越大在接头相同的位置温度越低,顶锻力越大轴向缩短量越大。结论所建立的完全热-结构耦合模型可以模拟20~#钢连续驱动摩擦焊接过程的塑性变形过程,在不稳定摩擦阶段,摩擦压力和转速对温度场和变形的影响较大。在稳定摩擦阶段,摩擦压力和转速对温度场的影响不显著。顶锻阶段轴向缩短量随着摩擦压力、转速和顶锻压力的增大而增加。     

6082铝合金摩擦塞补焊接头微观组织与性能

在不同的焊接转速下,对5 mm厚的6082铝合金进行顶锻式摩擦塞补焊实验研究,分析了塞补焊接头的金属流动性、微观组织、第二相分布、温度场、力学性能、显微硬度以及断口形貌特征。结果表明:塞补焊接头截面上层金属流动性明显优于下层;焊缝根部受摩擦热最低且金属流动性差,使其成为整个塞补焊接头的薄弱区;在摩擦界面区,塞棒大量细密的等轴晶穿插进母材板条状的晶粒中,实现了塞补焊接头的紧密连接;焊接接头不同区域β(Mg_2Si)相的大小、数量及方向均有不同程度的变化;在焊接转速2 200 r/min下,焊接接头力学性能最好,接头抗拉强度达到母材的75%以上,断后伸长率达到了母材的64%以上;焊接接头断裂在塞孔与塞棒之间的摩擦界面区,裂纹从焊缝根部弱连接区域起裂并向焊缝表面扩展,断裂方式为韧性断裂;整个塞补焊接头母材侧热机影响区和热影响区结合处软化最为严重,硬度值在(60±5) HV之间。     

铝合金超声辅助搅拌摩擦焊接接头组织性能研究

目的探究超声振动对铝合金搅拌摩擦焊的作用效果。方法分别采用普通搅拌摩擦焊和超声辅助搅拌摩擦焊方法,对7075铝合金进行焊接试验,并对焊接接头的微观组织、力学性能、断口形貌进行分析。结果普通搅拌摩擦焊焊缝中生成了隧道型缺陷,施加超声振动后,缺陷消失,形成了无缺陷的良好接头,且与普通搅拌摩擦焊相比,超声辅助搅拌摩擦焊焊缝热影响区晶粒长大程度较小,焊核晶粒细化。接头强度明显提高,达到铝合金母材强度的71.5%,接头断裂模式为韧窝和准解理的混合断裂形式。结论超声振动促进了塑性金属的流动,能有效抑制孔洞、隧道型缺陷等的形成,同时超声振动能在提升金属塑性的同时,降低焊缝的热输入。     

CMT+P焊接电流对5083铝合金焊接接头组织及力学性能的影响

采用不同焊接电流,对3 mm厚5083-H116铝合金板材进行CMT+P焊接试验,并对接头显微组织、拉伸性能、弯曲性能等进行检测。结果表明,焊接电流对接头力学性能和焊缝中心晶粒尺寸有显著影响;焊接电流增大,抗拉强度降低,焊缝中心晶粒尺寸增加。通过对CMT+P焊接参数进行调整,可以获得满足使用要求的焊接接头,抗拉强度281 MPa,达到母材的84.38%;屈服强度163 MPa,达到母材的67.92%;伸长率13.5%,达到母材的75%;焊缝中心为等轴晶,熔合线内侧为柱状晶。      

中空45钢棒材摩擦焊接工艺研究

为了改善大直径中空45~#钢棒材的连续驱动摩擦焊接性,采用二级加压方法进行了外径42 mm,内径26 mm的45~#钢连续驱动摩擦焊接.试验结果表明,焊接热输入随着摩擦时间、旋转速度的增大而增大,当摩擦时间较短、旋转速度较低时,采用较大的顶锻力、二级摩擦力不能显著增加焊接热输入,导致无法顶锻,产生严重的焊接缺陷.对于无缺陷接头,接头最大强度系数达到80.9%,接头中未发现熔化现象,焊缝发生动态再结晶,热机影响区和部分正火区出现魏氏体组织.接头冲击试验发现,力学性能优异的接头薄弱区位于部分正火区,而焊接热输入较高的接头薄弱区位于热机影响区.焊接热输入较低难于获得缺陷的焊接接头,焊接热输入过大显著降低接头力学性能.     

6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能特征

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉伸实验机和显微硬度计对6005A铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织及力学性能进行了研究。结果表明:焊核区为细小的等轴晶,几乎所有粒子溶于基体;热机械影响区呈现为被拉长的畸变晶粒,且存在大量的位错;热影响区的组织明显粗化,处于过时效状态。与母材相比,搅拌摩擦焊接头的强度及伸长率均有下降趋势,且接头出现软化,最小硬度值出现在前进侧的热影响区内。搅拌头旋转速率为1200r/min、焊接速率为200mm/min时可获得优质接头,抗拉强度达到母材强度的72%,伸长率达到母材的69%。     

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。     

焊后热处理对TC11钛合金线性摩擦焊接头组织与性能的影响

焊后热处理可以改善线性摩擦焊接头的组织与性能。对TC11钛合金线性摩擦焊接头进行双重退火(950+530)℃处理，利用光学显微镜、扫描电子显微镜等微观分析技术研究双重退火对焊接接头组织的影响。结果表明：热处理后接头焊缝区的动态再结晶晶粒完全消失，被粗针状、条状和球状α相取代。热力影响区组织变形程度减小，晶粒长大，部分α组织球化。母材中次生α相长大，呈粗针及短棒状。接头焊缝区及热力影响区的晶粒取向在热处理后更加随机，择优取向明显降低。力学性能测试表明，焊后双重退火处理消除接头中心高硬度区，接头中心硬度较焊态接头硬度下降约50HV,热力影响区硬度较焊态接头硬度上升约30HV;焊后热处理对接头拉伸强度没有显著影响；热处理后接头冲击韧性达到61.3 J·cm^-2,相比焊态提高约80%,与母材的冲击韧性接近。     

搅拌摩擦焊对Mg-Gd-Y-Zr合金组织与性能的影响

对一种Mg-Gd-Y-Zr合金cast-T6状态板片试样搅拌摩擦焊接后的组织与性能进行了研究。结果表明:Mg-Gd-Y-Zr合金的搅拌摩擦焊的焊核区发生动态再结晶,为等轴细晶,硬度值最高;热机影响区基体组织具有热变形特征,第二相会粗化、溶解,硬度值稍低;热影响区晶粒尺寸与母材相当,第二相粗化,硬度值低于母材。在本工作实验条件下,cast-T6铸件试样的焊接系数达0.91,且伸长率相对于母材有大幅度提高。断口形貌SEM分析显示,接头断裂模式为韧性断裂。     

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%。     

粉末高温合金FGH96线性摩擦焊接头组织与力学性能

利用自制的XMH-160型线性摩擦焊机进行了FGH96高温合金的初步焊接实验,分析了接头组织特征,并测试了接头拉伸性能和显微硬度。结果表明:FGH96合金接头焊缝区为细晶区,热力影响区则粗、细晶共存,粗晶主要位于近焊区;接头的抗拉强度接近母材,而韧性较差;显微硬度从焊缝到母材呈现为高低高的变化趋势,热力影响区中部为最低值。除与晶粒尺寸有关外,接头力学性能还与不同区域的强化相含量与分布及晶格畸变程度等因素有关。对于FGH96线性摩擦焊接头,一方面需通过改进焊接工艺来消除焊接界面的孔洞缺陷,另一方面需通过焊后热处理来改善接头的组织及力学性能。     

搅拌摩擦焊接ZK60镁合金弯曲性能与断裂行为研究

搅拌摩擦焊接过程中被焊区材料发生剧烈塑性变形,进而导致焊缝微观组织及接头力学性能发生显著改变,但有关镁合金焊接接头弯曲性能的研究报道极少。本实验以铸造固溶态ZK60镁合金为研究对象,采用背弯和面弯两种弯曲试验方案,探索搅拌摩擦焊接ZK60镁合金的微观组织演变及对接头弯曲性能与断裂行为的影响规律。研究发现,焊接后焊缝区晶粒尺寸显著降低,平均晶粒尺寸从59μm左右降低至4μm左右。ZK60镁合金接头的弯曲性能远高于母材样品,且面弯样品的弯曲强度高于背弯样品。经过大挠度弯曲变形后ZK60母材及面弯试样都发生开裂,但背弯样品中未见裂纹的萌生及扩展。分析认为,接头过渡区/搅拌区界线处的织构突变对搅拌摩擦焊接ZK60镁合金的弯曲断裂行为影响不大。