局部法评定铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能

三种不同的局部法,临界距离法、应力平均法和等效应力强度因子法,用于评估Al6082-T6铝管搅拌摩擦焊焊接接头的疲劳性能。结果表明,3种疲劳评定方法都能对铝合金搅拌摩擦焊接头做出合理的评定。运用临界距离法时采用Peterson修正公式计算临界距离参数L,结果表明该方法能够精确预测出Al6082-T6铝管搅拌摩擦焊焊接接头的疲劳极限,预测误差仅4%,并能预测出接头疲劳薄弱区域;应力平均法的预测结果偏保守,预测结果较试验值低7.46%,其将焊趾视为尖锐缺口的做法具有工程应用价值。等效应力强度因子法通过将接头模拟成带标准裂纹的构件来计算焊接接头等效应力强度因子范围,并通过与接头裂纹扩展门槛值比较来判断焊接件是否发生疲劳失效,结果表明等效应力强度因子法能够对Al6082-T6搅拌摩擦焊接头做出合理的疲劳评定。     

搅拌摩擦焊接头疲劳寿命统计分布特征

以搅拌摩擦焊接头疲劳寿命为研究对象，使用概率统计的方法，研究2024搅拌摩擦焊接头疲劳寿命统计分布特征，其具有代表性的统计参量为形状参数b和特征寿命Na，通过分析证实了2024铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳寿命符合双参数威布尔分布。     

7020T6铝合金搅拌摩擦焊接工艺研究

采用搅拌摩擦焊方法焊接7020T6铝合金,研究搅拌头旋转速度和焊接速度对焊接表面成形质量、金相组织和焊接接头硬度分布的影响。在此基础上得出用搅拌摩擦方法焊接7020T6铝合金的理想工艺参数。     

静轴肩FSW铝合金6061-T4板的T形接头组织特征及动静载特性研究

利用自主开发的静止轴肩焊接工具及工装,在不同的焊接参数下均获得到了外观成形良好、无焊接缺陷的T形接头,并对接头内部成形、显微组织、硬度、静载强度和疲劳性能及疲劳失效机制进行了研究。研究结果表明铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊T性接头内部质量良好,无缺陷,接头表面存在表面超细晶区,且焊核区内部由于流动状态不同导致组织及硬度存在一定差异,T形接头底板及筋板硬度较母材有不同程度的降低,底板和筋板拉伸试验均断裂于接头热影响区,在优化的参数下底板和筋板方向的接头系数均高于0.7,在2×10⁶疲劳寿命下的特征疲劳强度可达101.0 MPa,远高于IIW建议的设计准则。焊接速度对接头疲劳性能及疲劳失效机制影响较大,疲劳裂纹萌生于T形接头底板和筋板过渡处,低焊速时断裂机制为穿晶断裂,高焊速时由于晶界稳定性差,断口呈现穿晶断裂和晶间断裂的混合形貌。完成了铝合金T形接头的无缺陷焊接及组织性能研究,为铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊T形接头在新型轻量化航天器密封舱结构中的应用提供了技术支撑。     

焊接工艺参数对7B04-T6铝合金搅拌摩擦点焊接头疲劳性能的影响

在不同回填时间、插入时间、插入深度、旋转速度下对1.5mm厚7B04-T6铝合金板进行回填式无匙孔搅拌摩擦点焊,对接头进行拉-拉疲劳试验,研究了焊接工艺参数对接头疲劳性能的影响。结果表明:不同焊接工艺下接头均分为焊核区、热机影响区、热影响区和母材,在热机影响区的两板结合区存在钩状缺陷;焊接工艺参数对接头疲劳寿命的影响程度从弱到强的顺序为回填时间、插入时间、插入深度、旋转速度;在旋转速度为2 500r·min~(-1),回填时间为2s,插入深度为1.9mm,插入时间为3s下,接头的疲劳寿命最高,可达211 919周次,疲劳裂纹萌生于两板结合区的钩状缺陷处。     

搅拌摩擦焊工艺参数对LY12铝合金接头组织和力学性能的影响

利用正交试验法研究了搅拌摩擦焊工艺参数对LY12铝合金接头组织和力学性能的影响.结果表明:搅拌头轴肩直径对接头抗拉强度的影响大于搅拌头旋转速度和焊接速度对接头强度的影响;当焊接工艺参数匹配合理时,接头热输入量适当,焊核晶粒组织为细小均匀的等轴晶,接头抗拉强度大于350MPa,接头强度系数高达86%.     

2219铝合金搅拌摩擦焊工艺及接头性能

采用搅拌摩擦焊方法对6 mm厚的2219铝合金板进行焊接,研究了2219铝合金的搅拌摩擦焊工艺和主要焊接参数对焊缝成形和接头力学性能的影响.结果表明:在旋转速度1250～1400 r·min-1,焊接速度100～140 mm·min-1时,可获得性能良好的焊接接头;对2219铝合金搅拌摩擦焊接后再固溶时效处理可有效消除接头软化区,提高接头强度.     

2524-T3铆接接头与搅拌摩擦焊接接头疲劳性能对比研究

通过2524-T3铝合金的搅拌摩擦焊接头疲劳性能对比试验,得到了母材、FSW对接接头、铆钉连接接头的疲劳S-N曲线。试验表明,搅拌摩擦焊的疲劳裂纹大多数起源于焊缝底部;2524-T3材料薄板的疲劳性能略好于厚板的疲劳性能;搅拌摩擦焊接头疲劳性能要明显好于铆接接头疲劳性能。拟合得到了各种不同厚度,不同应力比下的S-N曲线公式,为搅拌摩擦焊技术应用于飞机结构积累了相关数据。     

铝合金搅拌摩擦焊接头组织热稳定性

在焊后热处理过程中,搅拌摩擦焊接头焊核区细小的再结晶晶粒在高温下极不稳定,很容易发生晶粒异常长大降低接头性能。研究2024铝合金和7075-2024异质铝合金搅拌摩擦焊接头组织热稳定性,结果发现：增大搅拌头转速、降低焊速有利于提高接头组织热稳定性,接头焊核区晶粒尺寸差异越小,第二相粒子尺寸越小,密度越大,接头组织热稳定性越好;降低固溶温度或缩短固溶时间可以降低晶粒异常长大程度,但接头力学性能将发生下降。对于3 mm厚2024铝合金搅拌摩擦焊接头,在ω=2 500 r/min, v=20 mm/min的焊接参数下,495℃-30 min固溶处理后接头无明显晶粒异常长大现象。对于1.5 mm厚7075-2024异质铝合金搅拌摩擦焊接头,在ω=2 500 r/min, v=50 mm/min的焊接参数下,450℃-20 min固溶处理后接头晶粒异常长大基本得到控制,接头强度达到母材的90%。研究结果表明优化焊接工艺参数和焊后热处理工艺参数能获得较好的晶粒异常长大抑制效果,为铝合金搅拌摩擦焊接头组织性能调控提供参考。     

温度对搅拌摩擦焊接接头摩擦磨损性能的影响

通过对搅拌摩擦焊过程中铝合金板上各特征点在不同焊接参数的温度变化规律的检测,研究搅拌摩擦焊接参数对焊接过程温度场的影响,搅拌摩擦焊焊接接头的摩擦磨损行为,以及搅拌摩擦焊接头的摩擦磨损性能随温度的变化趋势。结果表明:在搅拌头旋转速度一定时,各特征点的温度峰值会随焊接速度的增加而降低,在焊接速度一定时,特征点的温度峰值会随搅拌头旋转速度的增加而升高;搅拌摩擦焊接头磨损表面呈现轻微的疲劳磨损特征,无明显的表层剥落开裂迹象;试样的磨损量与接头区域的焊缝成型有密切关系,而焊缝的成型质量与温度场的分布有密切联系,试验表明温度场梯度越小,磨损量越小。     

焊接工艺参数对5383铝合金搅拌摩擦焊接头耐腐蚀性的影响

在制备不同焊接工艺条件下的5383铝合金搅拌摩擦焊接头的基础上,利用扫描电镜与能谱分析方法研究搅拌摩擦焊接头典型区域的宏观形貌特征与显微形貌特征,得到焊接速度、搅拌头转速及搅拌头压力等焊接工艺参数对接头耐腐蚀性的影响规律,结果表明:在特定的焊接工艺条件下,焊缝区域会产生S线。S线是接头腐蚀最严重的区域,其原因是由Mg元素偏聚、大量微孔的聚集与锰铁化合物的形成等三方面因素造成的;除S线及其附近区域外的焊缝其他区域的耐腐蚀性优于母材。同时,分析三种因素导致焊接接头耐腐蚀性降低的原理,阐述不同焊接工艺参数对5383铝合金搅拌摩擦时接头中S线形成的影响,提出利用减少焊接速度、增加搅拌头转速与提高搅拌头压力的方法来改善5383铝合金搅拌摩擦焊接头的耐腐蚀性。     

旋转速度对6061-T6铝合金高速搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

在高焊接速度(3 000 mm·min^-1)下分别对3 mm和4 mm厚6061-T6铝合金板进行搅拌摩擦焊,研究了高旋转速度(4 000～6 000 r·min^-1)对接头组织与拉伸性能的影响。结果表明：旋转速度越小越容易产生孔洞缺陷,旋转速度越大越容易出现过热氧化现象,增大旋转速度有利于接头区域再结晶形成致密组织,4 mm厚铝合金板焊接接头的焊接缺陷较3 mm厚铝合金板焊接接头严重;3 mm厚铝合金板在5 000 r·min^-1旋转速度下的焊接接头质量最好,拉伸性能最佳,抗拉强度和断后伸长率分别为265.82 MPa, 4.58%;4 mm厚铝合金板在6 000 r·min^-1旋转速度下的焊接接头质量最好,拉伸性能最佳,抗拉强度和断后伸长率分别为212.14 MPa, 4.03%。     

工艺参数对6mm厚5052铝合金板搅拌摩擦焊接头的影响

对6mm厚5052铝合金中厚板进行搅拌摩擦焊,分析了搅拌头转速和焊接速度对接头宏观形貌、拉伸性能和硬度的影响,并观察了拉伸断口形貌。结果表明:当搅拌头转速为800~1 600r·min-1及焊接速度为80~560mm·min-1时均可以获得无缺陷和力学性能良好的接头;搅拌头转速过低时,易出现"隧道"型缺陷;随搅拌头转速增大或焊接速度降低,焊核区面积逐渐减小,"洋葱环"间距逐渐增大;焊核区由细小的等轴晶粒组成,平均晶粒尺寸约为5μm,约为母材的1/10;焊接工艺参数对接头力学性能的影响不显著,在工艺范围内其接头强度均可达到母材的90%以上,显微硬度则达88%以上;断口源于接头背面的原始焊接界面,沿原始界面断裂,终于接头返回侧,呈典型的切断断口形貌。     

16MnR板材对接接头疲劳试验

列车运行速度的不断提高使转向架焊接构架疲劳破坏问题日益突出,由于缺乏适用于国内材料和焊接条件的基础疲劳性能数据,对机车车辆工业广泛使用母材和主要焊接接头形式的疲劳性能基本数据库的建设就显得十分必要.利用瑞士RUMAL电磁高频疲劳试验机测定16MnR板材对接接头的疲劳性能.使用成组法和台阶法获得接头的S-N曲线、存活率95%置信度水平90%的P-C-S-N曲线及接头的条件疲劳极限,最后利用八点法获得接头修正的Goodman-Smith图,这些结果可为焊接结构的可靠性设计、服役寿命估计提供试验数据基础.     

搅拌针不同偏移量对6082-T6铝合金接头劳性能的影响

对搅拌针A(前进侧)向和R(后退侧)向不同偏移量的高速列车用6082-T6铝合金对接接头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:焊接接头指定寿命为1×10~7次的中值疲劳极限随搅拌针偏移量的增大而下降。搅拌针A向偏移1 mm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;终断区为深韧窝型韧性断口。     

7075/2A12异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头疲劳寿命预测研究

对7075/2A12异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头进行了疲劳加载测试,并观察了疲劳断口特征。根据实际试件结构建立局部应力应变法和缺口应力法有限元模型,对焊缝区域进行应力应变分析;结合Soderberg修正方程对Manson-Coffin(MC)模型中应力部分进行修正,再根据有限元分析结果,使用局部应力应变法和缺口应力法对异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头进行疲劳寿命预测。试验结果表明,有效搭接厚度严重影响试件的疲劳寿命;位于受载7075前进侧的钩状缺陷比7075后退侧钩状缺陷对疲劳寿命的影响大。与试验结果相比,局部应力应变法中,2组试件最小板厚处疲劳寿命的预测结果都要比钩状缺陷根部处疲劳寿命的预测精度高。部分试件结合Soderberg方程修正的MC模型预测误差大部分都在2个因子之内,而Smith-Watson-Topper(SWT)模型和其他MC修正模型预测结果均在3个因子之内,Sachs修正的MC模型和Morrow修正的MC模型的预测结果相近;缺口应力法中,部分试件预测结果较好,误差在2个因子之内。     

6061-T6铝合金MIG焊接头微区拉伸性能表征及接头拉伸性能的有限元仿真

建立了6061-T6铝合金MIG焊接接头微区拉伸性能测试的高精度等效试验方法;采用有限元模拟了焊接过程的温度变化情况,建立了温度与接头各微区拉伸性能的关系;获得了可表征接头各微区材料性能的参数,验证了将接头等效为不同热状态材料所建立的精细模型对接头性能预测的可靠性。结果表明:微区温度场、焊缝熔池形貌和拉伸性能的仿真模拟与试验结果的吻合性较好;采用等效焊接接头的拉伸仿真模拟与试验的峰值力的误差仅为0.1%,断裂失效时的位移误差仅为5.7%,根据温度分布将热影响区网格划分为不同热状态材料可以有效预测焊接接头的拉伸性能。     

高速列车用6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊工艺研究

研究了工艺参数对6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊接头焊缝成形、微观组织以及力学性能的影响。结果表明,焊接速度以及搅拌头转速对接头力学性能具有明显影响。在焊接速度一定时,随着转速提高,接头力学性能提高,这与焊核区和热机影响区的固溶强化和塑性变形导致的位错密度增加有关;继续增大转速,接头力学性能下降,这是由于过大的热输入导致接头产生过时效现象。热影响区一直存在过时效现象导致其为接头的薄弱区域,拉伸试样断裂于该区域。在转速一定时,接头力学性能随焊接速度增大而增大。在本实验条件下,抗拉强度最大值为238 MPa,最小为214 MPa,分别达到母材的82.1%、73.8%。     

铝合金摩擦点焊工艺参数的优化

摩擦点焊是在搅拌摩擦焊基础上开发的1种新型固态连接技术.针对2 mm厚的LY12铝合金,采用正交试验设计方法对点焊工艺参数进行了优化.试验结果表明,搅拌头形状对焊点剪切强度的影响最显著,其次是焊接时间,搅拌头轴肩直径的影响最小.优化后的最佳工艺参数为：搅拌头旋转速度为2 500 r/min,焊接时间为12 s,轴肩直径为16 mm,搅拌头为探针带左螺纹圆柱形搅拌头.采用优化后的最佳工艺参数进行焊接,焊点的剪切强度达为9.24 kN,比优化前焊点最佳剪切强度提高了5.06%,是电阻点焊焊点剪切强度的1.5倍,是铆接接头剪切强度的2.5倍.     

下压量对7N01铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

在不同下压量(0.3,0.7,1.0 mm)下对7N01铝合金进行搅拌摩擦焊，研究了下压量对接头截面形貌、拉伸性能、抗撕裂性能及疲劳性能的影响。结果表明：下压量对7N01铝合金搅拌摩擦焊接头的拉伸性能影响不大；当下压量为0.7,1.0 mm时，接头的启裂能、裂纹扩展能及撕裂强度均相近，但当下压量为0.3 mm时，接头焊缝区域的启裂能、裂纹扩展能及撕裂强度均显著降低；随着下压量的增加，焊接接头疲劳强度增大；当下压量为1.0 mm时焊接接头的疲劳性能及抗裂纹扩展性能最优。