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。     

2A12/7075异种铝合金搅拌摩擦焊接头的组织及性能

对航空用5 mm厚的2A12/7075异种铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能进行了研究。结果表明：当旋转速度为1000 r/min,焊速80 mm/min,7075铝合金置于前进侧时,接头焊核区出现了洋葱环,该区域为细小均匀分布的等轴晶组织,晶粒平均尺寸为5.7 μm;两侧热影响区晶粒都有所长大,但前进侧热影响区更为明显。整个接头的显微硬度分布呈“W”型,最高硬度值出现在焊核区中心,达146.5 HV0.2,前进侧硬度较回退侧下降明显。接头抗拉强度达到392 MPa,分别是2A12铝合金母材强度的84.5%,是7075母材的71.1%,断裂位置处于前进侧热影响区。     

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.     

6016铝合金薄板无针搅拌摩擦对焊工艺研究

采用无针搅拌摩擦焊工艺对1mm厚的6016铝合金薄板进行对焊,研究不同工艺参数下接头的宏观形貌、力学性能和微观组织。结果表明:在本文的试验条件下,接头的抗拉强度随搅拌头转速或焊速的增加先增大后减小,转速比焊速对抗拉强度的影响更显著。最佳工艺参数为转速1200 r/min、焊速300~400 mm/min,抗拉强度达到母材的90%。接头硬度曲线呈"W"形。焊核区完全动态再结晶,晶粒细化;热机影响区发生部分再结晶,组织内存在伸长变形的大晶粒和细小的再结晶小晶粒;热影响区未发生再结晶,组织中存在着长大的晶粒和聚集生长的第二相粒子。     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头变形行为及等效模型

利用有限元软件ABAQUS对厚度为6 mm的7075铝合金搅拌摩擦焊(FSW)平板对接接头进行拉伸模拟,通过对不同热输入条件下接头中三轴应力度(σm/σe)的计算,研究了热输入对7075铝合金FSW接头变形的影响规律。在此基础上,建立了7075铝合金FSW接头有限元等效模型。研究结果表明,不同热输入条件下的接头中的三轴应力度突变均发生在TMAZ与HAZ交界处和HAZ与BM交界处;随着热输入增大,三向应力度的最大值升高,最小值减小,7075铝合金FSW接头的屈服强度和抗拉强度均先增大后减小。转速为800 r/min,焊速为300 mm/min,即热输入为2.67 r/mm时是厚度为6 mm的7075铝合金FSW平板对接的最佳焊接工艺参数,此时接头的屈服强度和抗拉强度达到最大值;7075铝合金FSW接头等效模型可以代替精细模型用于后续整车有限元模拟。     

6061铝合金薄板无针搅拌摩擦对焊工艺参数研究

研究无针搅拌摩擦焊的主轴转速、焊速、下压量,时效等工艺因素对1 mm厚的6061-T6铝合金薄板对焊接头力学性能和组织的影响。结果表明,相同主轴转速下,随着焊速的增大,焊缝边部的飞边逐渐减少,理想的鱼鳞状环纹逐渐显现;相同的焊速下,随着主轴转速增加,焊缝表面毛刺和截面孔隙缺陷减少,但飞边增多。接头抗拉强度和伸长率随主轴转速的增加而增加;随焊速的增加,接头抗拉强度呈现先增加后减小的趋势;下压量对接头抗拉强度有重要影响,在本文的工艺条件下,接头抗拉强度在下压量为0.1 mm时达到峰值;自然时效可使接头的抗拉强度提高20%以上。在最优工艺下,接头抗拉强度可达到母材的73.4%,伸长率接近母材。焊核区(WNZ)为细小的等轴晶组织;热机影响区组织不均匀,再结晶的小晶粒分布在未再结晶的大晶粒边部;热影响区(HAZ)的晶粒受热长大,第二相粒子也聚集长大。与母材相比,焊缝区和HAZ硬度下降,晶粒细化使WNZ硬度提高。     

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。     

异种铝合金搅拌摩擦焊接头的显微组织、力学及腐蚀性能

采用3种焊接速度(60、100和240 mm/min)对5 mm厚2024和7075铝合金板材进行搅拌摩擦对接焊试验,利用电子背散射衍射(EBSD)、硬度测试、拉伸试验、扫描电镜和极化曲线测试对2024-7075异种铝合金搅拌摩擦焊接头的显微组织、力学性能及腐蚀行为进行了研究。结果表明:接头焊核区发生动态再结晶形成细小的等轴晶。沿板厚方向从轴肩区到底部区的平均晶粒尺寸依次减小,且焊核区不同位置处的平均晶粒尺寸均随着焊接速度的增加而减小。异种接头焊核区不同位置形成不同类型的剪切织构,其类型随焊接速度的改变而变化。接头焊核区硬度呈现"W"型分布趋势,且低于母材硬度。较低硬度值区域位于热影响区,随着焊接速度的降低,各区硬度值呈现下降的趋势。接头强度随着焊接速度的增加而升高,焊接效率达到90.3%。与母材相比,焊接接头焊核区的耐蚀性最差,这主要是由于异种焊接接头焊核区发生了显著的电偶腐蚀,导致较高的腐蚀电流密度。     

汽车用5754铝合金板材搅拌摩擦焊工艺研究

对3 mm厚汽车用5754铝合金板材的搅拌摩擦焊(FSW)工艺进行系统研究,研究了焊接速度、轴肩直径和搅拌针长度等工艺参数对搅拌摩擦焊接头(对接和搭接)微观组织和力学性能的影响。结果表明,随着焊接速度的提高, 5754铝合金FSW对接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大后减小。当焊接速度为300 mm/min时, 5754铝合金FSW对接接头的强度系数达到0.975,这是因为轴肩区和搅拌针区面积相近(面积比例为0.97),增大了焊核区和热影响区界面面积。随着5754铝合金FSW搭接搅拌针长度的增加,上下板材接触面积逐渐增大,最大拉力和抗剪强度呈先降低而后提高的趋势。研究结果表明,当上板为前进侧焊接时,焊缝中产生严重隧道缺陷,最大拉力显著减小;轴肩直径由10 mm增加到12 mm时,搭接接头中轴肩区和搅拌针区的面积相近,此时微观组织中没有隧道缺陷,接头的最大拉力和抗剪强度较高。     

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。     

409L铁素体不锈钢搅拌摩擦焊接接头的组织及力学性能

采用W-Re合金搅拌工具对4 mm厚409L铁素体不锈钢板进行搅拌摩擦焊(FSW),利用光学显微镜、扫描电镜、电子万能试验机和显微硬度仪等研究了焊接接头的焊缝形貌、微观组织和力学性能。结果表明：采用转速为1000 r/min,焊速为80 mm/min的工艺参数可以获得力学性能良好、无缺陷的409L铁素体不锈钢搅拌摩擦焊接接头。接头焊核区组织为高度细化的等轴铁素体晶粒，平均晶粒尺寸为17.3μm,并形成了大量的小角度晶界，是母材的3.66倍。焊缝的显微硬度分布呈“抛物线”形态，焊核区的硬度最高，为143 HV0.2,焊缝各区域的力学性能均高于母材。焊接接头的拉伸断裂在母材处，断裂形式为韧性断裂。     

AZ31B镁合金水环境搅拌摩擦焊接研究

对比研究了AZ31B镁合金空气环境搅拌摩擦焊接(Friction Stir Welding,FSW)和水环境搅拌摩擦焊接(Submerged Friction Stir Welding,SFSW)接头的微观组织与力学性能。结果表明:SFSW接头焊核区为细小等轴状再结晶晶粒。随着焊接速度的增大,焊核区晶粒尺寸增大,显微硬度值降低。FSW接头表层处的显微组织比中心处粗大,且分布不均匀;而SFSW接头表层处的显微组织比中心处明显细小。FSW接头的表层硬度值低于中心处的硬度;而SFSW接头的表层硬度值高于中心处的硬度。当旋转速度为950r·min-1、焊接速度为75mm·min-1时,SFSW接头的抗拉强度值达到最大,为母材强度的72%,拉伸断口表现为解理断裂特征。     

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。     

搅拌摩擦焊工艺参数对铸造AlSi14合金焊接接头性能的影响北大核心CSCD

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。     

7075铝合金不同冷却介质条件下搅拌摩擦焊接头的组织与性能

针对3 mm厚的7075铝合金板材,采用相同的焊接参数分别在空气和水中进行搅拌摩擦焊接(FSW),研究不同冷却介质对接头的热循环曲线、宏观形貌、微观组织、硬度以及力学性能的影响。结果表明,水下焊接的热循环曲线更趋于平缓,高温停留时间短,焊缝表面成形更好,焊核区(NZ)和热影响区(HAZ)显微组织的晶粒更细小,接头热影响区更窄,并且接头的塑性流形更清晰,而空气中焊接的接头热影响区软化严重,硬度仅为113 HV。水下FSW接头断裂形式为脆性断裂,而空气中FSW接头断裂形式为韧性断裂。     

6061铝合金搅拌摩擦焊接头性能研究

采用搅拌摩擦焊对6 mm厚6061-T6铝合金板在不同工艺参数下进行焊接。观察了接头的显微组织,研究了接头室温拉伸性能及晶间腐蚀性能,测试了接头腐蚀前后的显微硬度。结果表明:在搅拌头转速900r/min、焊接速度100 mm/min、焊后缓冷工艺下,可得到性能较好的接头,其抗拉强度可达到母材的74%。接头显微硬度呈现"W"型分布,存在明显的软化区,母材的硬度最高,热影响区的硬度最低。晶间腐蚀最严重的部位发生在焊核区,经腐蚀后接头硬度显著下降。     

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。     

轨道交通用铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能

通过金相组织观察、断口扫描分析、拉伸试验和显微硬度测试等分别研究了6082-T6和5083铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头的微观组织和力学性能.结果表明,接头断面组织可分为焊核区(WN)、热机影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)、母材区(BM)四个区域.焊核区为动态再结晶的细小等轴晶组织;热机影响区为回复晶粒组织,晶粒产生了较大的弯曲变形;在热影响区发生了晶粒粗化现象,晶粒形态与母材相似.两种铝合金搅拌摩擦焊接头的拉伸断口均呈韧性断裂特征,接头断裂位置为热影响区的前进侧,表明热影响区为接头最薄弱的区域.力学性能测试表明,6082和5083铝合金接头的抗拉强度分别为242 MPa和301.6 MPa,分别达到母材本身抗拉强度的76.8％和88.7％;两种接头的显微硬度分布曲线均存在一个最低值,该最低值位于前进侧的热影响区.     

6082和7075异种铝合金搅拌摩擦焊接头成型及力学性能

对6 mm厚6082-T6/7075-T6异种铝合金进行了搅拌摩擦焊接,研究焊接速度对接头显微组织和力学性能的影响。结果表明:当搅拌头旋转速度为1200 r/min时,在不同焊接速度下均能获得成形良好、内部无缺陷的焊接接头;随着焊接速度的增加,金属的流动能力降低,焊核区(NZ)的尺寸减小,轴肩影响区(SDZ)和轴针影响区(PDZ)的塑化金属对过渡区(TZ)金属的挤压作用力降低,易形成疏松区;焊接接头的最低硬度点出现在6082铝合金一侧的热影响区,随着焊接速度的增加,接头的最低硬度值和抗拉强度逐渐提高,伸长率逐渐降低,接头均断裂在6082侧的软化区。焊接速度为80 mm/min工艺参数下,获得抗拉强度最大值,为215 MPa,其伸长率为3.8%。     

7075铝合金搅拌摩擦焊研究

使用搅拌摩擦焊对8mm厚的7075-T7351铝合金进行了单道平板对接。结果表明,在工艺参数为搅拌头旋转速度为1180r/min、焊接速度为37.5mm/min时,可获得较好的接头,抗拉强度达到390MPa,是母材强度的78%;7075-T7351铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织为典型的搅拌摩擦焊接头组织,焊核区为细小的等轴晶,晶粒大小为6~7μm,母材组织中的强化相在此区域消失;接头显微硬度值分布趋势沿焊缝中心两侧基本对称,热机影响区-热影响区过渡区及焊核区硬度低于母材,是焊件的薄弱环节。