搅拌摩擦焊工艺参数对铸造AlSi14合金焊接接头性能的影响

研究了采用不同焊接工艺参数时铸造Al Si14高硅铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织、力学性能及断口形貌。结果表明,焊核区组织由于发生动态再结晶,晶粒非常细小;热力影响区紧靠焊核区,在较高转速时出现被拉长的组织;热影响区基体α相及共晶Si晶粒尺寸相对于母材均有所增加。在搅拌头转速为1 300 r/min、焊速为100 mm/min时,获得的接头抗拉强度可达到母材的92%;断裂发生在前进侧热影响区,断裂方式是韧性与脆性的混合型断裂;接头显微硬度近似呈"马鞍"形分布,在热力影响区附近硬度低于母材硬度。     

焊接参数对5A06铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

采用搅拌摩擦焊工艺对10 mm厚的5A06铝合金板进行焊接,研究了搅拌头转速(150～400 r/min)、焊接速度(50～200 mm/min)对接头显微组织、拉伸性能和硬度的影响。结果表明:在试验参数范围内焊接均可获得无宏观缺陷且成形良好的搅拌摩擦焊接头;接头焊核区晶粒细小、组织均匀,热机影响区晶粒相比焊核区的粗大,当搅拌头转速为400 r/min、焊接速度为50 mm/min时,接头焊核区和热机影响区的组织明显粗大;当焊接热输入特征值,即焊接速度与搅拌头转速的比值在0.3～0.5 mm/r时,焊接接头的拉伸性能与母材相当,其抗拉强度最高可达381 MPa,断后伸长率可达25.4%;接头焊核区硬度最高,热影响区硬度最低,当搅拌头转速为250 r/min、焊接速度为100 mm/min时,焊核区硬度较高。     

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%。     

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.     

焊接参数对AlCuLi合金搅拌摩擦焊接头微观结构和力学性能的影响

在不同的搅拌头转速及焊接速度下,对2 mm厚AlCuLi合金进行了搅拌摩擦焊接.结果表明,焊核区由细小等轴再结晶晶粒组成.随搅拌头转速增加,晶粒尺寸逐渐增加;随焊接速度增加,晶粒尺寸略有减小.TEM分析表明,焊核区的析出相大部分溶解,在随后的冷却过程中形成粗大的析出相,而在热影响区析出大量的粗大平衡相.在较低的焊接速度(80 mm/min)下,接头在热影响区的硬度最低点发生断裂,随搅拌头转速增加,接头强度逐渐升高,最高可达母材的87%,延伸率约为10%.而在较高的焊接速度(200 mm/min)下,搅拌头转速较低时,焊核区材料流动不充分,样品在焊核处发生断裂,强度较低,SEM分析表明,断口出现材料流动不充分导致的缺陷;随搅拌头转速增加,断口处缺陷明显减少,对强度影响不显著,接头强度可达母材的84%.     

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。     

异种铝合金搅拌摩擦焊工艺研究

以厚度为5 mm的铸造铝合金ZL114和变形铝合金6061为研究对象进行搅拌摩擦焊对接试验,设计正交试验研究了焊接参数对ZL114/6061异种铝合金搅拌摩擦焊接头形貌和力学性能的影响。结果表明,搅拌头转速对焊接接头强度影响最大,搅拌头行走速度次之,下压量影响最小。当搅拌头转速为1 200 r/min、行走速度为200 mm/s、下压量为0.1 mm时可获得较好焊接接头性能,接头平均抗拉强度为285 MPa,达到母材强度的89%以上,接头伸长率为9.17%,达到母材伸长率的54%以上;焊核区晶粒呈细小分布,热力影响区晶粒呈细长分布,硬度最低。焊接接头拉伸断裂形式呈现韧-脆混合断裂。     

紫铜搅拌摩擦焊接工艺与接头组织性能研究

以10 mm厚T2紫铜为研究对象开展搅拌摩擦焊工艺试验。结果表明,在一定参数范围内,可获得表面成形良好、无内部缺陷的优质接头。接头的宏观截貌由焊核区、热影响区和母材组成,未观察到热机影响区。其中焊核区发生明显的动态再结晶,获得细小等轴晶组织,热影响区晶粒有所长大。接头的显微硬度分布呈"W"形,焊核区和热影响区的硬度值均低于母材,热影响区的硬度值最低,焊核区硬度比较稳定。当转速为400 r/min、焊速为100 mm/min时,接头抗拉强度达到母材的97%。不同参数下接头的断裂位置均位于后退侧热影响区。     

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。     

8mm厚7A52铝合金搅拌摩擦焊组织及性能分析

针对8 mm厚的7A52铝合金采用搅拌摩擦焊(FSW)进行焊接试验,研究了其焊接接头的显微组织及力学性能。结果表明:焊接接头宏观上呈V字状,焊核区组织为细小的等轴晶,且焊核区底部的晶粒比焊核区顶部和中部的晶粒更为细小,热影响区组织稍有粗化现象,前进侧和后退侧的热力影响区组织均较焊核区组织粗大;焊接接头显微硬度分布呈现出"W"形变化,焊接接头的平均抗拉强度为452 MPa,达到了母材抗拉强度的89%,断裂位置均发生于热影响区及热力影响区的过渡区,焊接接头的断裂模式为韧性断裂,电化学腐蚀形貌以点蚀和晶间腐蚀为主。     

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.     

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。     

7085-T7452高强锻造铝合金搅拌摩擦焊组织及性能分析

7085铝合金是一种高强、高淬透性锻造铝合金,在航天航空领域具有广泛的应用前景,因此本文对7085-T7452高强铝合金搅拌摩擦焊接头的力学性能、硬度分布、冲击韧性及显微组织等进行了详细的分析。结果表明,7085-T7452高强铝合金具有较好的搅拌摩擦焊工艺性能,其接头强度达到了母材的85%以上。由于搅拌头对焊核区强烈而均匀地搅拌,使焊核区组织为细小的等轴晶粒,而热影响区组织发生粗化,晶粒粗大,热影响区的硬度比母材和焊核区均低,因此热影响区是焊接接头中最薄弱的环节;搅拌摩擦焊改善了焊接接头的冲击韧性,焊核区和热影响区的冲击韧性比母材好。     

2198和C24S异种铝锂合金搅拌摩擦焊接头的显微组织和力学性能

对2198和C24S异种铝锂合金进行搅拌摩擦焊对接试验,分析接头的显微组织和力学性能。结果表明:前进侧和返回侧热影响区的板条状组织均发生了粗化,前进侧热力影响区的晶粒被拉长,返回侧热力影响区的变形晶粒周围存在细小的再结晶晶粒,焊核区为细小的2198和C24S铝锂合金再结晶晶粒,且2198铝锂合金的再结晶晶粒更大。焊接速度在60~120 mm/min变化时,2198铝锂合金位于前进侧的接头抗拉强度更高;接头拉伸试样的断裂均发生在2198铝锂合金的热力影响区,最大抗拉强度为382 MPa,达到了2198铝锂合金母材抗拉强度的82.7%;接头的焊核区、热力影响区和热影响区均发生软化,焊核区中2198铝锂合金的硬度比C24S铝锂合金的更低。     

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。     

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。     

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.     

转速对7055铝合金搅拌摩擦焊接头断裂特征的影响

采用搅拌摩擦焊对5 mm厚7055铝合金进行对接试验,通过拉伸试验研究不同转速接头断裂位置及其横截面的显微组织,断口形貌特征.结果表明,随着转速的提高,薄弱区发生了转移:当转速为700~800 r/min时,接头在热影响区发生45°剪切断裂;当转速提高至900~1 100 r/min时,接头在焊核区发生"S"形断裂;进一步提高转速至1 200~1 400 r/min时,接头沿着前进侧热力影响区或前进侧热力影响区与焊核区边界发生断裂.断口形貌分析表明,热影响区断口呈现大而深的韧窝,焊核区断口呈现小而浅的韧窝,均属韧性断裂;热力影响区边界断口呈韧-脆混合断裂特征.     

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。     

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.