中空铝型材搅拌摩擦焊试样疲劳性能研究

对焊后不同表面状态下的高速列车用6005A-T6铝合金型材搅拌摩擦焊试样进行脉动拉伸疲劳试验,并对疲劳断口进行了扫描观察与分析,结果表明:疲劳试验中的试件断裂位置主要集中在母材;启裂区和扩展区均呈典型疲劳特征,疲劳辉纹清晰且较粗;终断区为韧窝较浅的韧性断口;焊后表面状态对6005A-T6铝合金型材搅拌摩擦焊接头疲劳强度基本没有影响。     

表面状态对6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头疲劳性能的影响

对采用双轴肩搅拌摩擦焊的两种不同焊前表面状态6005A-T6铝合金型材焊接接头进行脉动拉伸疲劳试验。断口疲劳断裂分析结果表明:焊前打磨时接头疲劳强度略高;焊前打磨状态对6005A-T6铝合金型材双轴肩搅拌摩擦焊接头疲劳强度影响不大。电镜扫描结果显示:两种类型接头试件宏观断裂形貌均为纤维状,启裂位置均集中在热影响区(焊核边缘),未出现明显缺陷;启裂区断口齐平光滑、疲劳源清晰;扩展区可观察到相互平行的塑性疲劳条带;终断区断口表现为韧性断裂,呈明显的等轴韧窝型。     

搅拌摩擦焊和熔化极气体保护焊6082铝合金疲劳性能分析

对10 mm厚6082-T6铝合金进行搅拌摩擦焊(FSW)和熔化极气体保护焊(MIG焊)焊接,利用疲劳性能试验机、光学显微镜、扫描电子显微镜等手段对6082铝合金FSW和MIG焊接头的疲劳力学性能、微观组织、裂纹扩展特征、疲劳断口进行了分析. 结果表明,在疲劳寿命为2×106周次时,6082铝合金母材及其FSW和MIG焊接头的名义应力分别为126.3,110.2,84.2 MPa;在高应力水平下(Δσ=160 MPa),FSW接头疲劳寿命明显大于MIG焊接头、与母材的疲劳寿命相当. MIG焊疲劳断口均位于焊趾处,焊缝内的气孔缺陷为其主要裂纹源;FSW疲劳断口大多发生在轴肩边缘. 接头的微观断口具有准解理特征,断口中存在疲劳条纹和韧窝.     

不同返修次数对6082-T6铝合金对接接头疲劳性能的影响

对不同返修次数的高速列车用6082-T6铝合金搅拌摩擦焊对接接头进行脉动拉伸疲劳试验,并对疲劳断口进行扫描观察与分析。结果表明,焊接接头指定寿命为1×107次的中值疲劳极限随返修次数的增加而升高。搅拌摩擦焊返修两次时焊接接头的疲劳极限强度较高,疲劳试验中的试件断裂位置主要集中在背面焊缝边缘。启裂区和扩展区疲劳纹清晰,终断区为浅韧窝型韧性断口。     

FSW与MIG补焊的6005A-T6铝合金型材FSW接头疲劳性能研究

针对6005A-T6铝合金型材搅拌摩擦焊接头缺陷,分别采用搅拌摩擦焊(FSW)和熔化极气体保护焊(MIG)进行补焊,对补焊后的接头疲劳性能进行了研究。结果表明,在循环次数N107时,FSW补焊接头的疲劳强度为100MPa,可达母材疲劳强度的84.53%,MIG补焊接头的疲劳强度为80 MPa,可达母材疲劳强度的67.62%。FSW补焊接头的疲劳断口裂纹源位于焊缝底部,裂纹扩展区有典型的疲劳辉纹,瞬断区为剪切型断口,为撕裂棱和韧窝组合形貌。MIG补焊接头疲劳断口的断面有微气孔,裂纹源位于夹杂气孔缺陷处,扩展区为准解理断裂,瞬断区为韧性断裂和脆性断裂的复合形式。     

新型厚板铝合金MIG焊及搅拌摩擦焊接头组织和力学性能

采用金相组织观察、力学性能测试及对断口形貌进行观察,研究了20 mm厚的新型铝合金单丝熔化极惰性气体保护焊和搅拌摩擦焊接头性能,结果表明, FSW焊缝中心位置发生再结晶,使组织呈细小的等轴晶粒,热影响区由于受到热循环的作用晶粒长大,成为接头最薄弱区; MIG焊接头的熔合区受过冷度等因素的影响得到细小的晶粒组织,而中心处受热输入的影响导致晶粒粗大; FSW焊接头强度相比于MIG焊的提高了23.9%,通过拉伸试验发现焊接试样的断裂位置都发生在焊缝区域,通过扫描电镜观察发现断口都有明显的韧窝,说明断裂方式为韧性断裂。     

搅拌摩擦点焊疲劳性能研究

使用回填式搅拌摩擦点焊设备,对6系列铝合金弧焊焊接接头进行了搅拌摩擦点焊补焊试验,点焊补焊后试样表面平整光滑。对搅拌摩擦点焊补焊、MIG焊焊接接头进行了疲劳性能试验,研究发现,搅拌摩擦点焊补焊接头的疲劳寿命高于MIG焊焊接接头,断口组织更为致密。     

A6N01-T5合金FSW和MIG焊接头疲劳裂纹扩展行为的对比

研究了6N01-T5铝合金搅拌摩擦焊(FSW)和氩弧焊(MIG)接头不同部位的疲劳裂纹扩展性能, 并对疲劳断口和接头组织进行了分析. 结果表明,对于FSW和MIG焊接头, 其裂纹扩展速率从高到低的部位依次为焊缝(核)区、热影响区和母材. 裂纹在FSW和MIG焊接头相同区域的扩展速率无明显差别, 然而裂纹在FSW接头细晶组织中开始扩展所需的门槛值ΔK要比对应的MIG焊接头高, 总体上其裂纹在FSW焊核区的抗疲劳裂纹扩展性能要优于对应的MIG焊缝区. 裂纹在FSW和MIG焊接头焊核(缝)区扩展的疲劳断口表现为脆性断裂, 而在热影响区则以规则和光滑的疲劳条纹形式扩展.     

6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头疲劳性能分析

通过对3.3 mm厚6005A-T6铝合金型材双轴肩搅拌摩擦焊接头进行疲劳试验，分析型材平行段宽度及厚度对试件疲劳性能的影响；并结合典型参数下焊接接头的宏观成形及其微观组织演变，揭示型材双轴肩搅拌摩擦焊接头的断裂行为.结果表明，典型参数下(转速1 000 r/min、焊接速度100 mm/min、平行段宽度和厚度分别为11.8 mm和3.1 mm)接头的拉伸断裂位置位于后退侧热影响区；型材接头前进侧热力影响区晶粒组织的特征会影响型材疲劳裂纹产生与开动；疲劳断口扫描分析显示断口无明显缺陷，试件疲劳条带的扩展区和瞬断区具有典型的疲劳断裂特征，断裂发生在前进侧热影响区位置.     

2219铝合金搅拌摩擦焊焊接接头的疲劳性能

通过疲劳寿命试验、断口和金相组织观察,研究了2219铝合金搅拌摩擦焊接头的疲劳断裂特征,分析讨论了搅拌摩擦焊焊接过程中产生的焊缝根部"吻接"缺陷对其疲劳性能的影响.结果表明,焊缝根部"吻接"缺陷是影响搅拌摩擦焊接头疲劳行为的主要因素.无"吻接"缺陷试样断裂于焊缝前进边侧,疲劳裂纹起源于焊缝底部,接头具有较高疲劳寿命;有"吻接"缺陷试样断裂于焊核中心,疲劳裂纹起源于"吻接"处,接头疲劳寿命较短.     

调修次数对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的影响

平头搅拌针调修是指在原有焊缝背面用无搅拌针的搅拌头对焊缝再次进行搅拌摩擦焊,使焊缝温度升高,改善FSW接头性能.对平头搅拌针不同调修次数的高速列车用6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头进行脉动拉伸疲劳试验,利用扫描电镜观察分析疲劳断口,试验结果表明:铝合金搅拌摩擦焊接头指定寿命为1×107次的中值疲劳极限随着搅拌针调修次数的增加而升高.平头搅拌针调修两次时焊接接头的疲劳极限强度较高,焊缝背面边缘是本次试验集中产生裂纹的部位.启裂区和扩展区疲劳纹清晰;终断区为深韧窝状花样的韧性断口.     

MIG焊叠加对6A01-T5铝合金FSW焊接头组织及性能的影响

研究了MIG焊叠加对6A01-T5铝合金FSW焊接头组织及性能的影响. 结果表明, MIG/FSW叠加焊缝熔合良好,叠加位置未出现气孔等缺陷,FSW焊核区及热影响区组织发生粗化,叠加位置附近微观组织出现明显改变;叠加区域硬度明显降低,尤其是FSW焊缝热力影响区和热影响区. FSW、中心叠加、前进侧热力影响区叠加和后退侧热力影响区叠加MIG焊接头的抗拉强度分别为219.8, 188.0, 195.4和191.4 MPa,MIG焊叠加降低了接头的抗拉强度,断口均表现韧性断裂特征;FSW焊接头及带有MIG叠加焊缝余高的三种接头中值疲劳强度分别为76.7, 65.0, 67.5和65.0 MPa,MIG焊叠加也使FSW接头的疲劳性能有所下降.     

搅拌摩擦焊在高速动车组车辆上的应用

介绍搅拌摩擦焊的技术特点和发展情况,针对某高速动车组车辆车钩面板结构形式,提出了一种大厚度的搅拌摩擦焊焊接接头结构。为了验证其接头性能,将搅拌摩擦焊接头与采用双V型35°坡口对接MIG焊接接头在力学性能、疲劳特性、弯曲性能以及金相组织等方面进行对比试验,结果表明:搅拌摩擦焊接头性能优于MIG焊接接头,建议在高速动车组上推广使用,并对后续研究提出要求。     

7A52铝合金FSW与双丝MIG焊接接头性能比较研究

研究了20mm厚的7A52铝合金搅拌摩擦焊和双丝MIG焊接工艺,对比分析了焊接接头的组织与性能.研究表明:对于20mm厚的7A52铝合金,搅拌摩擦焊接头强度比双丝MIG提高15％左右;双丝MIG焊缝区由于焊接时热输入量较大,晶粒长大明显;FSW焊缝区发生动态再结晶,生成细小的等轴晶粒.SEM断口分析表明,双丝MIG与FSW断口均表现为明显的韧窝形貌,FSW的强化相粒子分布于韧窝中,是形成韧窝形微孔的源.     

列车地板6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能研究

对4 mm列车地板6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊接头进行高周疲劳性能研究。采用优化的工艺进行焊接,对试样进行轴向高周疲劳试验,得到了焊接接头疲劳性能的平均S-N曲线和疲劳极限。用扫描电镜观察疲劳断口的微观形貌并分析了疲劳断裂机理。结果表明:列车地板6005A-T6铝合金FSW接头疲劳试样,其起裂位置包括试样上、下表面及侧面区域,其断裂位置大部分在距离焊缝中心3~7 mm的范围内,即接头的热机影响区及热影响区。接头疲劳断口的裂纹扩展区存在比较明显的疲劳裂纹,该区域主要以脆性解理断裂为主,瞬时断裂区主要为韧性断裂。     

返修工艺对6005-T6铝合金型材搅拌摩擦焊接头性能的影响

在相同工艺参数下,对6005-T6铝合金型材双轴肩搅拌摩擦焊接头进行一次返修,并对其疲劳试件断口进行SEM扫描与分析。结果表明:返修后焊接接头的疲劳强度低于未返修焊接接头,随着应力的增大,从低应力区到高应力区,两种接头疲劳强度差异缩小;由升降法计算得未返修焊接接头疲劳极限为101.7 MPa,返修接头疲劳极限为75 MPa。断口分析表明:一次返修后疲劳试件未发现明显缺陷,断裂位置主要集中在母材,启裂区表面平滑,扩展二次裂纹少,疲劳纹清晰且粗大,终断区为韧性断口,可观察到大量浅韧窝。     

基于DFR法的2524铝合金搅拌摩擦焊疲劳可靠性分析

基于细节疲劳额定值(DFR)法,对2524-T3铝合金搅拌摩擦焊对接接头的疲劳性能进行研究,并采用光学显微镜和扫描电镜分析焊接接头组织形貌和疲劳断口。结果表明,2524-T3铝合金搅拌摩擦焊对接接头具有良好的疲劳性能,其DFR值为180.9 MPa;断口分析表明疲劳源位于焊缝根部,此处存在的弱连接缺陷对搅拌摩擦焊接头疲劳性能有重要影响。     

6061铝合金FSW接头与MIG焊接头对比试验

采用搅拌摩擦焊(FSW)和MIG焊分别对6061铝合金板进行了焊接试验,测试了焊接接头的强度,观察了焊接接头的金相组织,并进行了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212.05 MPa,是母材抗拉强度的86％,比MIG焊的接头强度略高.焊接接头软化区宽度比MIG焊接头软化宽度窄.6061铝合金母材为典型的轧制组织,焊核区为细小的等轴晶组织,MIG焊接头焊缝为柱状晶组织.     

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.     

2219铝合金搅拌摩擦焊接头断裂性能试验研究

对2219铝合金搅拌摩擦焊接头各区域的断裂性能进行了研究。完成了接头的夏比冲击试验,并对接头各区域冲击断口进行了分析。研究结果表明,2219铝合金搅拌摩擦焊接头的断裂呈韧性,焊核区断裂韧性最好,热影响区和热机影响区断裂韧性无显著差异,低于焊核区断裂韧性,但均高于母材的断裂韧性。