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。     

7020铝合金搅拌摩擦焊与MIG焊接对比试验

采用搅拌摩擦焊(FSW)和MIG焊对高速客车车体材料7020铝合金板进行焊接,分别测试焊接接头的拉伸和冲击性能,观察焊接接头的金相组织,并进行接头的硬度分布测试.结果表明,搅拌摩擦焊接头抗拉强度高达309 MPa,是母材的78％,与MIG焊接头相当.焊接接头软化状况比MIG焊程度弱.焊接接头各区组织的不均匀性造成了接头...     

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5 A06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...     

旋转速度对2024-T3铝合金板搅拌摩擦焊接头成形及拉伸性能的影响

对2024-T3铝合金板的搅拌摩擦焊接工艺进行了试验研究,分析了搅拌头旋转速度对焊接接头成形和拉伸性能的影响。结合接头断裂位置,得出了2024-T3铝合金板搅拌摩擦焊的最佳焊接工艺参数。     

5A06铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能研究

采用搅拌摩擦焊方法焊接5 mm厚5A06-O铝合金试板,对焊接接头进行室温拉伸力学性能及显微硬度测试,并研究装配精度和板厚差对接头力学性能及焊缝成形的影响。结果表明:焊接接头的抗拉强度及屈服强度高于母材,接头显微硬度呈"n"型分布,焊核区硬度最高;对接焊缝表面的氧化膜会在焊缝中形成S曲线,降低接头力学性能;装配间隙小于0.4 mm,板厚差小于0.5 mm时,焊缝成型美观且接头具有良好的力学性能。     

7020铝合金搅拌摩擦焊试验研究

采用搅拌摩擦焊方法对高速客车车体用材料7020铝合金板进行焊接,观察了焊接接头的金相组织,测试了焊接接头的拉伸性能、冲击性能及硬度分布。结果表明,采用搅拌头旋转速度1200r/min、焊接速度150mm/min时,抗拉强度高达309 MPa,是母材的78%;焊接接头软化状况比MIG焊接的接头软化程度弱。焊接接头各区组织的不均匀性造成了接头硬度分布不均匀和冲击韧性差异,焊核区为等轴晶粒是其为各区韧性最高的重要原因。     

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。     

6013—T4铝合金薄板搅拌摩擦焊热输入对焊缝成形及组织性能的影响

针对2 mm厚6013—T4铝合金薄板进行了搅拌摩擦焊接工艺试验,用搅拌头旋转速度和焊接速度的比值ω/v表征搅拌摩擦焊的热输入,试验研究了焊接热输入对接头的焊缝成形和力学性能的影响,并分析了接头的显微组织.结果表明,搅拌摩擦焊接头的综合性能较好,抗拉强度和屈服强度分别达到母材的83.3%和75.8%;在不同的搅拌头旋转速度下,随着焊接热输入的增加,接头的屈服强度和抗拉强度降低;ω/v在3 r/mm左右,焊缝成形美观,飞边毛刺少.母材为板条状组织;热影响区晶粒与母材相似,但稍微有粗化;热力影响区的晶粒极不均匀,既有等轴晶,也有拉长的带状组织;焊核区为细小的等轴晶组织.     

6061铝合金搅拌摩擦焊工艺

采用搅拌摩擦焊方法对板厚6mm的6061铝合金板在不同参数下进行焊接,研究6061铝合金搅拌摩擦焊工艺以及主要参数对焊缝成形和接头力学性能的影响,观察焊接接头的金相组织,通过硬度分布测试分析焊接接头的力学不均匀性.结果表明:压入量过大或过小时容易造成焊接接头成形差等缺陷,压入量为0.3 mm时可以获得优质的焊缝成形;搅...     

薄板铝合金的TIG拼焊及其单向拉伸成形性能

拼焊所具有的优点使其成为绿色再制造技术之一。本文首先针对汽车轻量化材料铝合金薄板制定焊接工艺、优化焊接参数,实施TIG拼焊,并对铝合金TIG拼焊板进行微观组织、显微硬度、单向拉伸成形性能测试及扫描电子显微镜断口形貌测试,同时分析了焊接接头组织及硬度分布规律、焊缝位置对铝合金拼焊板成形性能的影响。研究表明:焊缝组织是细小的等轴晶和树枝状晶,硬度较低;焊缝的位置不同,拼焊板的成形性能不会有明显差异;试样的断口形貌表明6061铝合金拼焊板的塑性低于母材。     

Microstructure and Properties of TIG/FSW Welded Joints of a New Al-Zn-Mg-Sc-Zr Alloy

A new Al-Zn-Mg-Sc-Zr alloy with low Sc content was welded by tungsten inert gas (TIG) and friction stir welding (FSW) techniques. The microstructure and properties of those two welded joints were investigated by property tests and microstructural observations. The results show that the new Al-Zn-Mg-Sc-Zr alloy has desirable welding property. The ultimate tensile strength and welding coefficient of the TIG joint reach 405 MPa and 76.7%, respectively, and in FSW joint those property values reach 490 MPa and 92.6%, respectively. The studied base metal has a deformed fibrous subgrains structure, many nano-scaled Al₃(Sc,Zr) particles, and very fine aging precipitates. In the TIG joint, the fusion zone consists of coarsened dendritic grains and the heat-affected zone (HAZ) has fibrous micro-scaled subgrains. The FSW welded joint is characterized by a weld nugget zone, thermo-mechanically affected zone (TMAZ), and HAZ. Due to plastic deformation around the rotating pin and anti-recrystallized effectiveness of Al₃(Sc,Zr) particles, the weld nugget zone has a very fine subgrain structure. The TMAZ experiences some dissolution of aging precipitates. Coarsening of aging precipitates was observed in the HAZ. The better mechanical properties of the FSW joint are derived from a fine subgrain structure and homogeneous chemical compositions.     

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.     

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。     

2A12铝合金FSW板材时效成形性研究

为评价2A12铝合金搅拌摩擦焊构件时效成形工艺,设计了以时间参数为变量的焊后时效成形工艺模拟试验,进行了FSW(FSW-搅拌摩擦焊)焊件蠕变时效力学性能及成形性研究。结果表明,在搅拌头转速750 r/min、焊速60 mm/s的焊接工艺参数下,当时效成形时间为8 h时,FSW焊接件抗拉强度达到354.1 MPa,为母材强度的79.2%,其断裂位置基本位于热影响区前进侧。在该工艺下最佳回弹时间为8 h,此时回弹率为33.49%。硬度最低点在热影响区,该区域内硬度随时效时间的增加呈递减趋势。     

氧化物弥散强化材料的搅拌摩擦焊分析

为了探索搅拌摩擦焊技术应用于氧化物弥散强化材料的可焊接性及其基本特点,文中对厚度为4 mm的氧化物弥散强化铜合金进行了焊接试验,并对焊接接头的宏观形貌、微观组织、显微维氏硬度进行了分析. 发现焊接接头横截面由搅拌区、热力影响区、热影响区和母材区4部分组成. 前进侧热影响区与热力影响区形成明显的分界线,后退侧则相对模糊. 搅拌区的组织为细小的等轴晶粒,出现了洋葱环和L线,热力影响区晶粒沿一定方向发生形变,热影响区组织粗化. 沿焊缝横截面的显微维氏硬度呈V形分布,其中搅拌区硬度值最低.     

6063铝合金TIG焊接头的变形行为及等效模型

用有限元软件ABAQUS对平板对接6063铝合金TIG焊接头进行拉伸模拟,研究了HAZ宽度及板厚对焊接接头变形的影响规律,进而建立TIG焊接头有限元等效模型,并用带焊缝的6063铝合金薄壁方管的压缩模拟来验证等效模型的精确性.结果表明,与母材相比,力学性能不均匀的焊接接头中应力状态较为复杂,三向应力度在母材与HAZ交界处和焊缝与HAZ交界处存在突变,三向应力度最大值的位置从母材与HAZ交界处转变为焊缝与HAZ的交界处;力学性能不均匀的焊接接头中的三向应力度不仅取决于试样的厚度,还取决于接头的几何尺寸;铝合金TIG焊接头有限元等效模型宽度为20 mm;带焊缝铝合金薄壁方管的精细模型和等效模型的载荷-位移曲线吻合较好.     

高镁铝合金搅拌摩擦交叉焊接头微观组织与力学性能

为满足大型铝合金船舶壁板的制造需求,对新一代高镁铝合金进行了搅拌摩擦交叉焊接试验. 结果表明,交叉焊接头成形良好,搅拌区晶粒尺寸最小,热力影响区晶粒形态没有明显方向性,与单道搅拌摩擦焊相比,交叉焊接头搅拌区晶粒组织更细. 显微硬度测试结果表明,交叉焊接头显微硬度变化范围较小,前进侧接头软化明显;拉伸试验测试结果表明,交叉焊接头抗拉强度为340 MPa,为母材强度的87%,对比搅拌摩擦焊接头抗拉强度358 MPa略微降低,在热影响区断裂,断裂方式为45°韧性断裂;疲劳裂纹萌生于焊缝底部,在最大应力150 MPa下循环超2 × 106次未断裂,疲劳性能良好,瞬断区断裂方式为韧性断裂.     

常规FSW与双轴肩FSW对铝合金接头组织和性能的影响

对采用常规FSW和双轴肩FSW所得到焊接接头性能进行试验研究,测试了两种焊接得到的焊接接头的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率,并对接头的微观组织和断口形貌进行了观察和分析.结果表明,双轴肩FSW接头横截面形成了一组由内向外扩张“洋葱环”状的椭圆环;常规FSW焊核区与热力影响区之间组织发生明显变化;硬度的最低处为双轴肩FSW前进侧热力影响区,最高处为双轴肩FSW接头上表面焊核区;常规搅拌摩擦焊接头的综合力学性能最好,双轴肩次之;断口形貌分析表明,接头断裂模式均为韧性断裂,且常规FSW断口韧窝尺寸比双轴肩FSW接头韧窝小而深,表现出更好的塑性.     

Tungsten Inert Gas and Friction Stir Welding Characteristics of 4-mm-Thick 2219-T87 Plates at Room Temperature and −196 °C

2219-T87 aluminum alloy is widely used for fabricating liquid rocket propellant storage tank, due to its admirable cryogenic property. Welding is the dominant joining method in the manufacturing process of aerospace components. In this study, the tungsten inert gas welding and friction stir welding (FSW) characteristics of 4-mm-thick 2219-T87 alloy plate at room temperature (25 °C) and deep cryogenic temperature (?196 °C) were investigated by property measurements and microscopy methods. The studied 2219 base alloy exhibits a low strength plane anisotropy and excellent room temperature and cryogenic mechanical properties. The ultimate tensile strength values of TIG and FSW welding joints can reach 265 and 353 MPa at room temperature, and 342 and 438 MPa at ?196 °C, respectively. The base metal consists of elongated deformed grains and many nano-scaled θ (Al₂Cu) aging precipitates. Fusion zone and heat-affected zone (HAZ) of the TIG joint are characterized by coarsening dendritic grains and equiaxed recrystallized grains, respectively. The FSW-welded joint consists of the weld nugget zone, thermo-mechanically affected zone (TMAZ), and HAZ. In the weld nugget zone, a micro-scaled sub-grain structure is the main microstructure characteristic. The TMAZ and HAZ are both characterized by coarsened aging precipitates and elongated deformed grains. The excellent FSW welding properties are attributed to the preservation of the working structures and homogenous chemical compositions.     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头沉淀相析出行为

利用搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)技术对厚度为6 mm的7075铝合金进行平板对焊,使用金相显微镜、显微维氏硬度仪对7075铝合金FSW接头进行微观组织观察和显微维氏硬度测试,使用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)对合金进行物相分析,使用透射电镜(transmission electron microscopy,TEM)对接头焊核区(welding nugget zone,WNZ)、热机影响区(thermal-mechanically affected zone,TMAZ)、热影响区(heat affected zone,HAZ)及母材(base metal,BM)中的沉淀相分布、形貌等进行观察,并对沉淀相的晶格条纹间距进行计算。研究结果表明,7075铝合金FSW接头的组织及显微维氏硬度分布极其不均匀;接头中沉淀相主要有棒状MgZn_2和椭圆状AlCuMg两种,沉淀相种类与形状不同,强化效果不同,AlCuMg强化效果好于MgZn_2;WNZ中沉淀相主要是AlCuMg,加之细晶强化,显微维氏硬度较高;相比WNZ,TMAZ中沉淀相AlCuMg数量少,MgZn_2相对增多,强化效果相对减弱,导致显微维氏硬度降低;HAZ中的MgZn_2相对更多,加工硬化和细晶强化效果减弱,HAZ与TMAZ交界处显微维氏硬度达到接头的最低值。