高频感应加热处理对2219铝合金TIG焊接接头残余应力的影响

采用变极性TIG焊接方法焊接8 mm厚2219铝合金板材,利用高频感应加热技术对焊接接头分别进行90℃,140℃,190℃的热处理。热处理前、后采用X射线衍射法测试2219铝合金TIG焊接接头残余应力,分析了接头的微观组织与力学性能。结果表明,经140℃,190℃热处理后,焊接残余应力下降趋势明显,经90℃热处理后,残余应力下降幅度较小。与未热处理接头相比,经高频感应热处理后,焊接接头的微观组织、拉伸性能与硬度分布无明显变化。     

2219铝合金搅拌摩擦焊温度与残余应力热力耦合模拟

针对航空用2219铝合金,基于搅拌摩擦焊产热理论开发了自适应移动热源,结合商用有限元分析软件MSC.marc,建立了搅拌摩擦焊过程的有限元模型。同时,对焊接过程中的动态温度场及焊后残余应力场的分布进行了详细研究。结果表明,焊接过程中稳定焊接温度达532.4℃,峰值温度达到570℃,焊后焊缝区域应力以纵向应力为主,垂直于焊缝的截面的应力呈M型分布,最大值约为146 MPa。此外,针对10 mm厚的2219铝合金板材开展了搅拌摩擦焊实验,利用Proto X射线仪对焊后残余应力进行测试,验证模型准确性。     

车体铝合金熔化极气体保护焊与搅拌摩擦焊残余应力研究

采用小孔法分别对6 mm厚度7020铝合金的熔化极气体保护焊及搅拌摩擦焊对接接头的残余应力进行了测试。结果表明,用两种焊接方法得到的焊接接头,其纵向应力均大于横向应力,对比7020铝合金搅拌摩擦焊接头和熔化极气体保护焊接头中的纵向残余应力,发现搅拌摩擦焊接头的纵向残余应力峰值要远远小于熔化极气体保护焊接头中纵向残余应力峰值。搅拌摩擦焊接头的最大纵向残余应力为50 MPa,而熔化极气体保护焊接头的纵向残余应力最大值已经达到了90MPa。     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头温度场及残余应力场的有限元模拟

根据搅拌摩擦焊特点及库伦摩擦做功理论,以厚度为6 mm的7075-T7351铝合金板材为研究对象,基于ANSYS有限元软件,建立了搅拌摩擦焊双热源三维有限元模型,研究不同转速、焊接速度对温度场及残余应力场的影响规律.结果表明,焊接过程峰值温度在500℃左右,接头最高温度出现在搅拌头后部大约5 mm处;接头残余应力以纵向残余应力为主,在垂直焊缝方向上呈M形分布,最大值约为150 MPa;当搅拌头转速一定时,随着焊接速度的增大,峰值温度减小,峰值纵向残余应力增大;当焊接速度一定时,温度随着转速的增大而增大,且转速越大,纵向残余应力分布越均匀.     

冷喷涂对2219铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力与力学性能的影响

为了改善铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力与力学性能,在4 mm厚2219铝合金搅拌摩擦焊接头上表面进行冷喷涂试验,研究分析了冷喷涂前后接头残余应力与力学性能的变化. 结果表明,焊态接头纵向残余应力呈不对称“M”形分布,残余应力峰值位于前进侧靠轴肩附近;冷喷涂后,接头残余应力大幅度降低,残余应力峰值由186 MPa降低至43 MPa.涂层沉积厚度约200 μm,涂层与基体界面产生了较大的塑性变形,基体界面附近组织晶粒得以细化.由于冷喷涂过程的喷丸效应,接头上表面显微硬度平均提高了25 HV,作用深度约1 mm.接头拉伸性能也获得明显改善,抗拉强度提升6.3%,断后伸长率提升78.6%,焊态与冷喷涂态的拉伸试样均在接头前进侧的热影响区附近发生断裂,符合在低硬度区或弱结合面产生裂纹并扩展的弱区断裂的特征.     

2219铝合金TIG焊接头残余应力分布

利用钨极氩弧焊获得了2219铝合金焊接接头,分析了接头力学性能和微观组织。采用X射线衍射法对2219铝合金TIG焊接头进行表面残余应力测试,获得了焊接接头表面残余应力分布,并对2219铝合金焊接接头表面残余应力分布的规律进行了分析。结果表明,该工艺条件下接头力学性能稳定。接头纵截面上存在横向应力及纵向应力稳定区,最大横向拉应力和压应力分别为55 MPa和114 MPa,分别位于焊缝中部和起弧点;最大纵向拉应力为165 MPa,位于焊缝中部热影响区。接头横截面上,仅在焊缝及靠近焊缝区域存在纵向拉应力,远离焊缝的区域处于压应力状态。     

2219铝合金FSW接头低温力学性能研究

2219铝合金广泛应用于运载火箭推进剂贮箱中,但其气孔敏感性较强,而搅拌摩擦焊是固相连接技术,不仅可以降低2219铝合金的气孔敏感性,还可以提高其焊接接头强度系数,是适合于2219铝合金的焊接工艺。分析-183℃、-120℃下2219铝合金母材和FSW接头的力学性能和断口,并与室温下的力学性能和断口进行对比。结果表明:2219铝合金母材和FSW接头的低温力学性能优于室温。     

旋转速度对静止轴肩搅拌摩擦焊温度场和应力场的影响

针对3 mm厚的2024-T4铝合金,采用ABAQUS软件建立静止轴肩搅拌摩擦焊热源三维模型,分析2024-T4铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊温度场和应力场的有限元模拟,研究了恒定150 mm/min焊接速度下,旋转速度从800 mm/min到1 200 mm/min对焊接接头残余应力的影响。结果表明：常规搅拌摩擦焊焊缝横截面高温区域呈现碗状分布,而静止轴肩搅拌摩擦焊呈类似于搅拌针形貌分布。相比于常规搅拌摩擦焊,静止轴肩可以获得更窄的搅拌区宽度,并且有效降低焊缝中心的峰值温度。焊后垂直于焊缝区域的纵向残余应力呈现“M”形分布,随着搅拌头旋转速度的增大,两种工艺下的焊后残余应力均增大。此外,静止轴肩在焊接过程中对焊缝区域持续碾压,使得焊后试样的纵向残余应力峰值相比较于传统搅拌摩擦焊能降低45.6%。     

薄壁铝合金搅拌摩擦焊焊接应力变形与控制

搅拌摩擦焊(FSW)焊接残余应力变形表现出与传统熔焊不同的规律,文中研究了薄壁铝合金搅拌摩擦焊残余应力分布规律和焊接变形控制方法,结果表明,纵向残余应力峰值并非出现于焊缝中心,热影响区和热机影响区是残余应力相对较大的区域.基于动态低应力无变形焊接方法,设计开发了一套热沉系统,进行了动态低应力无变形FSW试验.研究表明,动态低应力无变形焊接技术可以有效减小搅拌摩擦焊接头残余应力和变形,接头残余应力分布规律与常规搅拌摩擦焊接头残余应力分布类似,但应力峰值降低50%以上.     

超声辅助搅拌摩擦焊温度场及残余应力场分析

超声辅助搅拌摩擦焊是一项在搅拌摩擦焊的搅拌头上添加轴向高频振动的新技术. 以6 mm厚7075铝合金材料为研究对象,建立了超声辅助搅拌摩擦焊与普通搅拌摩擦焊接的热源模型,通过ANSYS软件研究了轴向振动对焊接过程温度场以及焊后残余应力的影响规律. 结果表明,轴向振动的添加能够增大热输入量,提高焊接峰值温度且降低焊缝残余应力;在相同转速及焊接速度下,当振动频率一定时,焊接峰值温度和焊后残余应力随着振动幅值的增加而增大;当振动幅值一定时,随着振动频率的增大,焊接峰值温度及焊后残余应力也相应增加.     

加热温度和热处理对TC4钛合金热自压连接接头组织和性能的影响

采用自行设计的感应线圈、刚性拘束工装与实验室现有感应加热装置结合,以5 mm厚TC4钛合金为母材进行局部感应加热刚性拘束热自压扩散连接（TSCB）,探究了不同加热温度和热处理对接头微观组织和力学性能的影响。结果表明,加热温度过低（900 ℃）会导致原子扩散不充分,加热温度过高（990 ℃,超过β→α相变温度）会形成的粗大魏氏体组织,导致接头力学性能降低。随着温度的升高,热拘束应力场对接头施加的压力先升高后降低,接头的连接质量也先升高后降低。只有加热温度为950 ℃即稍低于β→α相变温度时,组织分布最均匀,等轴α相晶粒最明显,且原子扩散更充分,应力场对接头施加的压力最高,接头力学性能最好。经650 ℃/3 h退火热处理后,发生了α→β相变,晶格的畸变程度降低,晶粒细化。TSCB接头残余应力状态由拉应力转变为压应力。残余应力显著降低,应力得到释放,从而提高了TSCB接头的力学性能,解决了TSCB接头塑性较低的问题。     

基于数学模型的热处理铝合金水下搅拌摩擦焊接参数优化

在热处理铝合金搅拌摩擦焊接中,焊接热循环会使接头局部软化,降低接头性能。水下搅拌焊接技术已被证明可以提高接头强度。为了获得最佳水下搅拌摩擦焊接工艺条件,建立了2219-T6铝合金水下搅拌摩擦焊接数学模型,最大限度地来优化焊接参数。结果表明,水下搅拌摩擦焊接接头可以达到360 MPa的抗拉强度,远高于正常焊接条件下的抗拉强度。     

搅拌摩擦焊焊后高温振荡热处理组织及机理分析

针对2219-O铝合金搅拌摩擦焊接头焊点热处理过程中易出现异常晶粒(AGG)长大现象的问题,对焊接接头进行高温振荡固溶热处理,并对热处理前后的接头微观组织进行了分析。结果表明,搅拌摩擦焊形成的焊缝热稳定性较差,晶粒较容易再热长大,常规热处理晶粒尺寸达毫米级;围绕固溶温度下限作高温振荡固溶热处理能够有效地抑制粗大晶粒的产生,当温度振荡幅度大于90℃,焊核晶粒为直径约20μm的细晶。     

铝/镁搅拌摩擦焊异质接头热-力场仿真研究

铝合金和镁合金在多材料结构中的混合应用可有效实现轻量化效果,以搅拌摩擦焊为代表的新型固相焊接技术在铝/镁异种合金连接中的应用是焊接领域的研究热点。文中基于扭矩热源模型,利用Abaqus软件分析了搅拌头转速对6061铝合金/AZ31镁合金搅拌摩擦焊搭接接头热-力场的影响。结果表明:受搅拌头产热和热传导散热的共同作用,接头表面和横截面温度场分别呈椭圆状和碗状,焊缝前进侧温度高于后退侧。接头残余应力主要由纵向应力和横向应力构成,轴肩边缘同时受热应力和机械应力的作用而具有应力峰值。此外,接头峰值温度和残余应力值均随搅拌头转速的提高表现出不同程度的增大。相关研究结果可为铝/镁异种合金搅拌摩擦焊工艺参数的设计与优化提供理论指导。     

热处理工艺参数对2219铝合金焊接接头残余应力的影响

采用X射线衍射法对不同热处理参数下的2219铝合金TIG焊接头残余应力进行测试与分析,研究了退火温度、保温时间及冷却方式对接头残余应力的影响。结果表明,随着退火温度的上升和保温时间的延长,接头残余应力下降幅度增大;当退火温度为350℃保温时间2 h时,焊缝附近区域及焊缝中段横向应力及远离焊缝区域纵向应力方向发生改变,残余应力横向分布规律发生变化。随着保温时间的延长,焊接残余应力下降幅度增大。炉冷具有消除残余应力的效果。     

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。     

2219铝合金板材搅拌摩擦焊焊接接头局部力学性能研究

2219铝合金拼焊板焊接接头局部微区力学性能差异大,严重影响拼焊板的整体成形性能,为了构建拼焊板的整体成形损伤模型,预测成形破裂缺陷,有必要对搅拌摩擦焊拼焊板焊接接头的局部力学性能进行研究。针对焊接接头不同微区尺寸小,直接测量难度大的问题,提出显微组织分析与DIC测试相结合测试搅拌摩擦焊焊接接头局部力学性能的方法。首先通过微观组织分析与显微硬度测试相结合的方法确定了2219铝合金焊接接头各微区的形状和尺寸;其次通过DIC分析获得了2219铝合金焊接接头各微区在单向拉伸过程中应变变化情况;最后利用幂指数模型进行拟合,建立了拼焊板焊接接头各微区的局部力学性能模型。     

预先热处理对7050铝合金搅拌摩擦焊接接头组织与性能的影响

对7050铝合金采用热处理工艺进行搅拌摩擦焊前预处理。结果表明,与未经预先热处理的试样相比较,经过预先热处理的7050铝合金接头焊核区的微观组织明显细小一些,晶粒平均尺寸减小近47.06%,第二相粒子数量和尺寸都相应减少;此外,焊前的热处理可提高7050铝合金搅拌摩擦焊接接头的力学性能。     

不同焊接速度6005A-T5铝合金搅拌摩擦焊接头的组织演变及力学性能研究

采用不同焊接速度对6005A-T5铝合金进行搅拌摩擦焊,对其焊接接头的组织和力学性能进行研究。建立了焊接接头不同区域析出相的演变和力学性能之间的关系。在焊接的过程中,焊核区由于受到了足够的热输入,β″相完全回溶到铝基体。在后续的自然时效过程中逐渐形成GP区,这也是焊核区硬度上升的主要原因。热力影响区发生不完全再结晶,晶粒呈现拉长状,同时有大量的位错形成。热影响区主要包含Q"相和 β″相。当焊接速度下降时,焊接接头的强度随着β″相的回溶和Q"相的形成逐渐降低。焊接接头纵向残余应力的平均值要大于横向残余应力。当焊接速度增加,纵向残余应力的峰值随之增加,但对横向残余应力的影响可以忽略。     

厚板高强铝合金搅拌摩擦焊接研究现状

对厚板高强铝合金搅拌摩擦焊接的研究现状做了比较详尽的总结,涉及接头的微观组织、力学性能、抗腐蚀性能、残余应力和数值模拟等.