5052/T2搅拌摩擦焊接头的组织及性能

对8 mm厚的5052/T2异种合金进行了搅拌摩擦焊,观察了接头的金相组织,测试了接头的显微硬度、抗拉强度及导电率。结果表明:5052/T2 FSW接头界面铝-铜呈迭层交替分布,部分铜镶入界面形成了"钩子"形貌。焊核区组织呈现"洋葱环"特征,出现金属塑性流线,产生了灰白色Cu-Al金属间化合物。铜侧热机影响区在搅拌针的机械和摩擦热循环的双重作用下出现条弧状组织。铝侧热影响区仅受摩擦热循环的作用,组织较粗大。焊核区硬度值有较大的波动。靠近铜侧的硬度值出现突高,可能是产生的铜-铝金属间化合物所致。接头平均抗拉强度为183 MPa,为5052母材抗拉强度的80.6%,断在铝侧热影响区。5052/T2接头焊核区域的导电率达到了5052母材的92.2%。     

焊速对铝铜复合板搅拌摩擦焊接接头的影响

采用搅拌摩擦焊接（friction stir welded, FSW）对铝铜层状复合板进行了焊接,研究了焊接速度对焊接接头组织与性能的影响。结果表明,铝铜复合板搅拌摩擦焊接接头在焊缝区域内铝铜金属呈层状分布,随焊接速度增大,焊核区铝与铜晶粒尺寸逐渐减小。在焊接速度为95 mm/min时,铜层接头平均显微硬度达到88 HV0.2,为铜母材的71.96%。在焊接速度为47.5 mm/min时,铝层接头平均硬度可达到35 HV0.2,高于铝母材显微硬度,并且焊接接头的抗拉强度为115.22 MPa。随着焊接速度的增大,抗拉强度和伸长率降低,拉伸试样断口微观形貌以解理断裂为主。     

焊接速度对铝铜复合板搅拌摩擦焊接接头的影响

采用搅拌摩擦焊接(friction stir welded,FSW)对铝铜层状复合板进行了焊接,研究了焊接速度对焊接接头组织与性能的影响。结果表明,铝铜复合板搅拌摩擦焊接接头在焊缝区域内铝铜金属呈层状分布,随焊接速度增大,焊核区铝与铜晶粒尺寸逐渐减小。在焊接速度为95 mm/min时,铜层接头平均显微硬度达到88 HV0.2,为铜母材的71.96%。在焊接速度为47.5 mm/min时,铝层接头平均硬度可达到35 HV0.2,高于铝母材显微硬度,并且焊接接头的抗拉强度为115.22 MPa。随着焊接速度的增大,抗拉强度和伸长率降低,拉伸试样断口微观形貌以解理断裂为主。     

界面互锁复合Zn层对厚板铝/镁FSW界面组织及力学性能的影响

对于铝/镁搅拌摩擦焊(FSW)接头，当母材厚度过大时，容易沿界面形成较厚的脆硬金属间化合物(IMCs)，导致接头成形极其困难。本研究创新地采用界面互锁复合Zn层，研究了厚板铝/镁FSW接头界面IMCs演变和接头性能变化规律，为后续实现铝/镁FSW接头的高强度连接提供了理论及实践依据。结果表明，斜对接接头镁侧界面上部生成了平均厚度为69.7μm的低熔点共晶层(Mg+Al₁₂Mg₁₇)，中部和下部生成了平均厚度为42.7和21.2μm的IMCs，该IMCs层由Al₁₂Mg_{1 7}和Al₃Mg₂组成。相比于斜对接接头，当采用界面互锁复合Zn层时，界面局部位置生成了Al-Mg-Zn相(Al₅Mg₁₁Zn₄)和Mg-Zn相(Mg Zn₂、Mg₂Zn₃)替代了原有的Al-Mg IMCs，最小IMCs厚度仅为3.9μm。拉伸结果表明，接头抗拉...     

搅拌针偏移量对铝/铜异质金属搅拌摩擦焊接过程和接头组织性能的影响

采用搅拌摩擦焊接技术对2 mm厚6061铝合金和紫铜合金异质金属进行对接试验，研究搅拌针偏移量对铝/铜异质金属接头组织和性能的影响。研究发现，由于铝和铜两种材料的流动性存在差异，随着搅拌针由铝侧向铜侧偏移，搅拌头-工件界面的温度无明显变化，而焊接过程中的前进阻力显著增大，且接头机械互锁程度也更加充分。对铝/铜异质接头微观形貌进行扫描电子显微镜分析，发现铝/铜界面处的金属间化合物层呈清晰的双层结构，分别为靠近铝侧的Al₂Cu层和靠近铜侧的Al₄Cu₉层，此外金属间化合物还以颗粒状和条带状等形貌分布在铝/铜界面附近。搅拌针偏向铜侧0.5 mm时得到的铝/铜异质接头机械互锁程度和金属间化合物分布最为理想，接头抗拉强度达到200 MPa。     

三层复合板铝/镁合金/铝FSW接头的微观组织与抗拉强度

摘 要:文中进行了不同焊接速度下三层复合板Al/ AZ31/Al 搅拌摩擦焊接（FSW）工艺试验,并观测分析了其接头成形、显微组织和拉伸性能。实验研究结果显示：在实验优化的工艺参数下,焊缝接头成形较好,其内部呈层状分布且未发现缺陷;焊核区（NZ）晶粒细化明显,大角晶界（HAGBs）和再结晶晶粒占比达80%;在焊缝前进侧带状组织区（BS）和镁、铝界面处存在金属间化合物（IMC）,主要为Al3Mg2和Al12Mg17;随焊速增加,焊接接头抗拉强度先增大后减小,在V=100mm/min时焊核区铝层晶粒平均尺寸为1.75μm,接头抗拉强度达到最大87.3MPa,是母材的50.8%。     

铜/钢异种金属搅拌摩擦焊搭接工艺

采用SKD61模具钢搅拌头对2 mm厚铜/钢异种金属进行搅拌摩擦焊搭接,分析了搭接接头微观组织和力学性能. 结果表明,当搅拌针与钢母材直接接触时,随焊接过程的进行搅拌针不断磨损甚至发生断裂. 焊核区前进侧出现流线区域,在搭接界面结合处形成机械冶金结合. 显微硬度测试显示,铜侧焊核区硬度最高,在搭接界面处硬度分布呈中间高两边低的趋势,接头厚度方向搭接界面处硬度最高. 形成良好结合的搭接接头在拉剪试验中断裂于铜侧热影响区,拉伸断口存在大量韧窝,呈典型韧性断裂模式.     

Cu/Al异种材料FSW接头的组织性能及断口分析

利用搅拌摩擦焊(FSW)实现紫铜(T2)与铝合金(5A06)的焊接。采用金相、拉伸试验机和扫描电镜研究Cu/Al接头的显微组织、力学性能和断裂特征。结果表明,当搅拌头转速950r/min、行走速度150mm/min时,可获得高质量的焊接接头,拉伸强度最大值约为296 MPa。金属铜和铝在焊核近铜侧呈层状交替结构特征,但在焊核区的铝侧为Cu和Al的混合结构特征。焊缝截面的宏观断裂表现出明显的层状特征,断裂中间层为具有韧性断裂特征的韧窝结构,韧窝中主要存在脆性Mg-Al系金属间化合物。     

焊接速度对5754铝合金FSW接头微观组织和力学性能的影响

对3 mm厚的5754铝合金板材进行搅拌摩擦焊接，研究了搅拌头在转速800 r/min条件下，不同焊接速度(100 ~ 400 mm/min)对搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响. 结果表明，5754铝合金FSW接头横截面形貌呈“盆”形. 随着焊接速度增加，5754铝合金FSW接头的焊核区和轴肩区的面积逐渐减小，而搅拌针区面积先增加后减小. 当焊接速度为300 mm/min时，搅拌针区面积达到最大值6.66 mm2，轴肩区和搅拌针区面积比例为0.97，5754铝合金FSW接头的强度系数达到97.5%，这主要是因为轴肩区和搅拌针区面积相近，增大了焊核区和热影响区界面面积，从而提高了FSW接头强度，拉伸断裂在焊核区以外(热影响区或基材区)，断口为韧性断口. 当焊接速度为400 mm/min时，5754铝合金FSW接头的强度系数为58.8%，拉伸试样均断裂在焊核区，断口为脆性断口.     

Cu-Al的搅拌摩擦焊工艺和性能研究

对铜合金和铝合金电器散热器管进行搅拌摩擦焊接,研究了焊接工艺及接头的力学性能。结果表明,搅拌摩擦焊时,应将铝合金作为前进侧,铜合金作为返回侧。焊接接头界面处生成Al2Cu和Al4Cu9金属间化合物。从Al侧到Cu侧,显微硬度呈高→低→高→峰值→低→高的趋势,硬度最大值出现在金属间化合物层。随焊接速率增加,Cu-Al焊接接头抗拉强度呈增加趋势,伸长率呈先增加后减小的趋势。     

转速对6061铝合金/纯铜异种金属搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

采用搅拌摩擦焊技术对4 mm厚6061-T6铝合金和纯铜进行连接,研究转速对铝铜异种金属接头组织与力学性能的影响。结果表明,当焊接速度为30 mm/min、搅拌头转速在1 200~1 800 r/min的范围内,可以获得表面成形良好、无缺陷的铝铜异种金属接头。大量破碎的铜被搅入焊核区,形成了组织结构复杂的区域。通过EDS和XRD分析,在焊核区内发现了Al_2Cu、Al_4Cu_9和Al Cu金属间化合物。在界面处,铝和铜发生相互扩散形成金属间化合物层,随着转速的提高,化合物层逐渐变厚。由于晶粒细化、固溶强化作用以及金属间化合物的生成,异种接头的焊核区平均显微硬度值高于铝铜两侧平均硬度,并且在焊核区出现硬度峰值点。随着转速的增加,接头抗拉强度呈现先增大后减小的趋势,所得最优接头抗拉强度为183 MPa,达到铜母材的71.8%,断裂位置位于铝侧热影响区,断裂方式为韧性断裂。     

铝/钢搅拌摩擦焊金属间化合物调控研究进展

铝/钢异种金属的可靠连接是汽车行业实现轻质节能设计的重要途径. 铝和钢的热物理性能和化学性能差异大,采用固相焊方法连接较为适宜. 搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)具有热输入低、高温停留时间短和焊接变形小等特点,在连接铝/钢异种金属上具有较大的优势和潜力. 铝/钢异种金属FSW高质量的核心技术之一为界面金属间化合物的调控. 基于铝/钢FSW固相连接机制,文中从焊接参数(焊接速度、焊具转速、偏移量、倾斜角和下压量)、焊具结构(搅拌针形貌、螺纹及锥角)和中间层(铝和锌等)设计等方面对界面金属间化合物调控的研究现状进行了综述,并围绕接头承载能力的提升总结了铝/钢FSW新技术(匙孔填充、自铆接及外源辅助FSW),并进一步展望了铝/钢FSW的发展趋势.     

1060铝/AZ31镁合金异种金属搅拌摩擦搭接焊组织与力学性能研究

采用搅拌摩擦搭接焊对1060铝和AZ31镁合金异种金属进行焊接试验,利用三维表面形貌仪、光学显微镜研究了接头组织形貌,采用显微硬度仪、电子万能试验机和扫描电子显微镜研究了接头力学性能和断口形貌。结果表明:焊接参数对焊缝表面形貌影响显著,在1500 r/min,50 mm/min时,焊缝表面形成均匀弧纹。在1000 r/min,70mm/min时焊核区及焊缝界面处晶粒经动态再结晶后细化,随转速/焊速比增加,焊核区金属间化合物含量增加。显微硬度结果表明镁合金侧、铝侧和界面处接头显微硬度有相同的变化趋势,焊核区硬度明显高于铝镁母材区域。断口形貌观察结果表明,1060铝/AZ31镁合金异种金属搅拌摩擦搭接焊断裂模式为脆性断裂,接头拉剪性能在2000 r/min,30mm/min时最差,仅为1750N,这可能与焊缝内金属间化合物的增加有关。     

铜对钢/铝激光-MIG复合焊接头组织及性能的影响

采用激光-MIG复合焊方法研究了铜对SYG960E超高强度度钢/6061铝合金焊接接头微观组织及力学性能的影响.结果表明,与MIG焊相比,激光-MIG复合焊有利于改善焊缝成形及焊接质量.钢/铝界面层具有双层结构,靠近铝焊缝侧为针状的FeAl₃金属间化合物,而靠近钢母材侧为条状的Fe₂Al₅金属间化合物.铜对钢/铝界面层及接头的力学性能具有显著的影响.添加铜后可以有效地减小界面层厚度和裂纹敏感性,降低钢/铝接头的最高硬度,明显提高接头的抗拉强度,接头强度可以提高110%,这主要与铜抑制界面层生长和改善界面层中Fe-Al金属化合物的脆硬性有关.     

1060铝搅拌摩擦焊与TIG焊接头组织和性能分析

对4 mm厚1060铝分别进行了搅拌摩擦焊(FSW)和钨极氩弧焊(TIG),焊后对FSW和TIG接头的显微组织和力学性能进行了对比研究。结果表明:FSW接头的焊核区发生了动态再结晶,形成了细小的等轴晶粒;热机影响区受搅拌头机械搅拌和焊接热循环的综合作用组织发生了较大程度的变形;热影响区组织发生粗化现象。TIG接头组织表现出明显的铸态组织,且靠近熔池的柱状晶沿母材向对接中心线显著长大。力学试验表明:FSW接头的抗拉强度优于TIG接头的抗拉强度,约为TIG接头的1.5倍。两种接头的断裂形式均为韧性断裂;两种接头的显微硬度最低值均出现在热影响区,且FSW接头的显微硬度优于TIG接头。     

铝-钢堆焊-搅拌摩擦复合焊接头特性分析

针对铝-钢异种金属焊接缺陷多、效率低等问题,提出一种堆焊-搅拌摩擦复合焊接方法,即采用旁路分流电弧焊先在钢板上堆敷铝合金,再采用搅拌摩擦焊进行铝合金堆敷层和铝合金母材的搭接焊,得到在铝-铝界面呈现典型搅拌摩擦焊“洋葱圆环”状结合的铝-铝-钢复合过渡接头. 针对典型焊缝进行铝-钢异种金属接头的组织结构分析.结果表明,搅拌摩擦焊可以有效消除铝合金堆敷层中存在的气孔等缺陷,并实现金属界面层的减薄. 对铝钢结合界面进行EDS扫描,在堆敷铝合金侧可以观察到呈树枝状的Fe相扩散和呈网状的不均匀Si相扩散,结合XRD(X-ray diffraction)分析其主要成分为Al₅Fe₂Zn_0.4和Al₇Fe₃Si_0.3. 对接头试样进行拉伸试验,拉伸接头断裂在铝合金母材处,达到铝合金母材强度的100%,符合接头应用的力学指标.     

铝-铜搅拌摩擦焊搭接焊缝共晶组织形成与抑制

采用搅拌摩擦焊技术成功焊接了铝-铜异种金属搭接接头,研究了铝-铜FSW焊缝界面宏观形貌、组织行为特征及其与焊接热输入变化的相关性,揭示出铝-铜FSW焊缝界面行为演变的基本规律.结果表明,在相应的焊接工艺参数下,单位时间、单位焊缝长度的热输入越大,铝-铜界面越容易发生共晶反应,生成Al-CuAl₂共晶体组织,直接影响焊接宏观接头抗剪力学性能,而随着热输入的减小,共晶反应程度及范围减小;也就是说,热输入的减少可明显抑制共晶反应的发生.     

铝/镁异种材料搅拌摩擦焊接头的组织演化与断裂行为研究

对1060铝和AZ31B镁合金进行异种材料搅拌摩擦对接焊试验,研究了接头的显微组织、织构分布和力学性能。结果表明:从焊核区中心至镁侧热力影响区,平均晶粒尺寸逐渐增大,再结晶分数和大角度晶界占比逐渐降低,微观织构从0001‖WD逐渐转变为0001‖TD。接头焊核区的显微硬度相较母材的增加,由于焊核区和镁侧热力影响区晶粒尺寸的差异,镁侧热力影响区/焊核区界面处显微硬度发生突变。接头的抗拉强度和伸长率分别为75.6 MPa和0.6%,接头的断裂位置为镁侧热力影响区/焊核区界面处,断裂方式为脆性断裂。     

铝-铜异种材料搅拌摩擦焊接头组织及性能研究

采用搅拌摩擦焊对3 mm厚的T2紫铜和工业纯铝进行对接焊,结果表明:焊接前对T2紫铜进行退火处理,同时搅拌针相对于配合面向铝侧偏移时,可以减小搅拌针粘连问题,获得成形良好的焊接接头。搅拌区形成沿搅拌头旋转方向连续分布片层状与涡流状复杂结构。接头抗拉强度为112 MPa,为工业纯铝母材强度的86.2%左右,试样拉伸断裂位置位于搅拌区前进侧过度区域,断口SEM形貌呈现明显的脆性断裂特征;接头前进侧热影响区出现了不同程度的软化现象,焊核区最低硬度为51.02 HV,均低于两侧母材硬度。     

偏移量对铝钢异种金属搅拌摩擦焊接头微观组织及力学性能的影响

利用搅拌摩擦焊(FSW),采用正偏移量(搅拌针偏钢侧)对厚度为2.5 mm的6061铝合金与Q235钢进行不同工艺的平板对接试验。使用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及能谱仪(EDS)对不同工艺的铝/钢FSW接头进行微观组织观察,并对界面过渡区中的金属间化合物(IMC)进行表征。采用电子万能试验机对接头的力学性能进行测试。研究结果表明,在铝/钢异种金属FSW过程中,搅拌头偏移量越大,接头两种母材的相互扩散越充分;热输入量越高,界面过渡区也就越厚;铝/钢FSW接头强度取决于界面过渡区厚度与IMC种类及数量。当偏移量为0.4 mm时,转速600 r/min,速度120 mm/min时,接头强度达到124.5MPa。钢侧界面过渡区是接头最薄弱区域,金属间化合物Fe_2Al_5和Fe_3Al对接头变形和断裂不利。