中间层材料对Ti/Al搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

以厚度0.05 mm的Zn或Ni箔作为中间层材料,对3 mm厚的2A14铝合金和TC4钛合金进行搅拌摩擦焊焊接。研究了不同工艺参数下Zn和Ni对Ti/Al异种金属搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响。结果表明:当添加Zn中间层时,在旋转速度为375 r/min、焊接速度为75 mm/min时,接头抗拉强度达到237.3 MPa,为铝合金母材抗拉强度的56.7%。同样参数下,添加Ni中间层后,能显著减少接头中脆性相TiAl_3,接头抗拉强度提高到285.3 MPa,达到铝合金母材抗拉强度的68%。接头断裂方式呈脆性+韧性混合型断裂。     

工艺参数对Ti/Zn/Al异种金属搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

以3 mm厚2A14铝合金和TC4钛合金为对接材料,0.05 mm厚Zn薄片为中间层材料进行搅拌摩擦焊对接。研究了不同焊接参数对钛/铝异种金属搅拌摩擦焊对接接头宏观形貌、微观组织、力学性能的影响。结果表明:当焊接速度为75 mm/min,旋转速度为375~950 r/min,偏移量2.5 mm时,均可获得表面成形良好的焊接接头。但随着旋转速度的增加,焊缝表面粗糙度先减小后增大,而对接接头抗拉强度逐渐降低;当旋转速度为600 r/min,焊接速度从60mm/min增大到95 mm/min时,焊缝的飞边逐渐减少。当旋转速度为375 r/min,焊接速度为75 mm/min,偏移量2.5 mm时,抗拉强度达到最大值237.3 MPa,达铝合金母材抗拉强度的56.7%。     

机床用铝合金/不锈钢的异质搅拌摩擦焊工艺

采用不同工艺参数下的搅拌摩擦焊对接焊方法,进行了机床用6063铝合金/304L不锈钢的异质焊接试验,并进行了接头的X光无损检测以及显微组织和力学性能测试。结果表明,搅拌头旋转速度500~650 r/min、焊接速度155~185 mm/min时可获得良好的焊接接头;接头抗拉强度可达139 MPa,达到6063铝合金母材抗拉强度的67%,达到304L不锈钢母材抗拉强度的17%。搅拌头旋转速度优选550 r/min、焊接速度优选180 mm/min。     

工艺参数对Ti/Al异种金属搅拌摩擦焊接头抗拉强度的影响

采用搅拌摩擦焊对3 mm厚TC4钛合金和2A14铝合金进行对接焊接,研究了搅拌头旋转速度、焊接速度和搅拌针偏移量(搅拌针中心线偏向铝合金母材后离母材对接面的距离)对焊接接头抗拉强度的影响规律。偏移量为1mm时,焊接接头容易产生裂纹、强度极低,增加偏移量有利于提高接头抗拉强度,偏移量为2.5 mm时,接头强度最高可达348 MPa。搅拌头旋转速度固定为800 r/min、偏移量固定为2.5 mm时,接头抗拉强度随焊接速度的增大先增大后减小,当焊接速度为40 mm/min时,接头的最高抗拉强度为335 MPa。当焊接速度固定为60 mm/min、偏移量为2.5 mm时,接头抗拉强度随旋转速度的增大先增大后减小,旋转速度为700 r/min时,接头的最高抗拉强度为348 MPa,达到铝合金母材强度的82.5%。     

7050铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织及力学性能分析

采用搅拌摩擦焊焊接厚12 mm的7050铝合金,分析接头的微观组织和力学性能。研究结果表明,焊核区由于热循环作用形成细小的等轴再结晶组织;热机影响区受机械和热的双重作用组织发生了较大程度的变形,在热循环的作用下发生回复反应;热影响区仅受热循环的作用,组织稍微有粗化现象。力学试验表明:旋转速度400r/min、焊接速度180mm/min时,接头的抗拉强度可以达到391 MPa,为母材的77%;焊接速度200 mm/min,旋转速度450 r/min时,接头的抗拉强度可以达到376 MPa,为母材的74%。断口形貌分析显示,接头断裂模式为穿晶和沿晶混合型断裂。     

6063铝合金搅拌摩擦接头力学性能及组织分析

采用搅拌摩擦焊对6063铝合金进行了对接焊试验,借助光学显微镜、扫描电镜、万能拉伸机对焊接接头的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明:当旋转速度为880 r/min,焊接速度在60~105 mm/min范围变化,其他参数一定时,均能获得成型美观、性能良好的对接接头;当焊接速度为80 mm/min时,接头的抗拉强度最高,为212.7MPa,达到母材强度的74.9%;焊缝的整体断裂形式为以韧性断裂为主的韧/脆混合型断裂。     

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。     

6005A-T6铝合金型材双轴肩搅拌摩擦焊接头组织及力学性能

采用双轴肩搅拌摩擦焊接方法对4.5 mm厚6005A-T6铝合金型材在较高焊接速度下进行了对接试验。结果表明,较高的焊接速度下仍可获得外观及性能优良的接头,但易出现隧道型缺陷及裂纹缺陷。在试验参数下,接头性能与WP(焊接速度与搅拌头旋转速度的比值)有密切关系:接头抗拉强度随着WP值的增大基本呈现先增大后减小的趋势,在搅拌头转速为1 400 r/min以及焊接速度为1 400 mm/min时获得强度较高的接头,其抗拉强度为231 MPa,是母材强度的77%。断口扫描结果显示,在试验参数下,接头断裂方式随着WP值的增大由塑性断裂逐渐变为包含沿晶断裂、韧性断裂、解理断裂的混合型断裂。     

6061-T6铝合金MIG焊接工艺研究

以4 mm厚6061-T6铝合金轧制板材为研究对象,通过改变焊接线能量与送丝速度,研究了不同工艺参数下接头的显微组织和力学性能。结果表明,HAZ宽度和熔合区晶粒大小随线能量的增大而增大;当线能量为297 J/mm时焊接接头的抗拉强度为213 MPa,达到母材强度的73%。熔宽对送丝速度的变化较余高和熔深更敏感,送丝速度位于7.4~8.2 m/min范围内时,焊缝成形较好;在送丝速度为8.3 m/min时获得最大的抗拉强度239 MPa。断裂发生在热影响区,属于韧性断裂,表明热影响区为焊接接头最薄弱的位置。     

焊接速度对5083铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

采用搅拌摩擦焊对3 mm厚的5083-O态铝合金板材进行焊接,在搅拌头转速为800 r/min、焊接速度为60~300 mm/min的条件下,考察了接头的外观形貌、微观组织和力学性能。当焊接速度为60~150 mm/min时,均能获得外表平整、内部无缺陷的焊接接头。当焊接速度为200~300 mm/min时,接头出现了孔洞缺陷。从焊缝中心到两边分别为搅拌区、热力影响区、热影响区和母材区,搅拌区由于动态再结晶产生了细小的等轴晶,硬度比母材高。焊接速度为60mm/min时获得的接头抗拉强度为316MPa,断后伸长率为21.2%,通过断口分析,接头断口存在大量细小的韧窝和解理平面,为韧性和脆性混合型断裂。     

根部未焊合对AZ31B镁合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

针对厚4.3 mm的AZ31B镁合金短针设计搅拌摩擦焊接,研究工艺参数对根部未焊合率的影响,并通过接头组织与拉伸断口形貌分析,分析了根部未焊合对接头抗拉强度的影响。结果表明:焊接速度一定时,当搅拌头旋转速度超过临界值950 r/min时,随着转速的增加,接头根部未焊合率降低。当旋转速度一定时,焊接速度对接头未焊合率几乎无影响。所有拉伸试样均在根部未焊合界面处起裂并发生断裂,而焊合区断口呈现典型的韧脆混合断裂特征。此外,接头抗拉强度随着根部未焊合率的降低而升高,当旋转速度为1 180 r/min、焊接速度120 mm/min时,接头的抗拉强度达到最大值188 MPa,为母材强度的76.4%。     

2195-T6铝锂合金搅拌摩擦焊接头微观组织结构与力学性能

采用搅拌摩擦焊对2 mm厚的2195-T6铝锂合金进行焊接,利用OM,SEM,EBSD等分析技术探讨焊接速度对接头组织结构与力学性能的影响. 结果表明,搅拌头转速为800 r/min、焊接速度在120 ~ 210 mm/min范围内,焊核区晶粒均较为细小,平均晶粒尺寸约为1 μm. 随着焊接速度的提高,大角度晶界含量增大,焊核区的{110}<110>织构和{011}<100>戈斯织构消失. 接头硬度的最低值均出现在后退侧热影响区,且在焊接速度为180 mm/min时,接头的抗拉强度与断后伸长率达到最大值,最大抗拉强度为467 MPa,约为母材的86.3%,此时断后伸长率为5.0%,断裂模式为韧性断裂,但断口呈现一定的脆性断裂特征.     

基于光纤激光的LY12铝合金焊接试验分析

在飞机制造领域,铝合金主要用于制造飞机蒙皮、梁、桁条和框架等结构.采用多模光纤激光器进行了1.4 mm厚LY12铝合金的激光焊接试验,研究了焊接工艺参数对铝合金焊缝形貌的影响规律,并对焊接接头的显微硬度及断口形貌进行了分析.结果表明,大功率高速度连续激光焊缝的成形具有不稳定性,当功率为2 200 W,焊接速度为55 mm/s,保护气体流量为10 L/min时,可以获得成形良好且无宏观缺陷的焊接接头.接头的平均抗拉强度约为388 MPa,达到母材抗拉强度的63.98%,断裂类型为韧脆混合型断裂.     

铜/钛合金电子束焊接工艺优化

研究了QCr0.8/TC4电子束焊接工艺及接头组织,由于铜合金热导率高而熔化量较小,以及焊缝中生成大量脆性金属间化合物相,因此对中焊时接头强度较低.采用偏铜侧进行非对中电子束焊接,接头抗拉强度随偏束量的增大而增高,偏束量为0.8mm时接头最高抗拉强度为270.5MPa.断裂发生在TC4侧熔合线处,为脆性准解理断裂特征.偏铜焊时接头成形得到改善,焊缝包括熔合区及TC4侧反应层两部分.熔合区主要由铜基固溶体组成,硬度较TC4母材有所降低.反应层成分过渡较大,含有多种金属间化合物相.随着工艺参数的变化,反应层厚度也发生变化,从而对接头性能产生影响.     

搅拌头偏移对Ti/Al异种金属搅拌摩擦焊接头成形及拉伸强度的影响

采用搅拌摩擦焊(FSW)完成了3 mm厚TC4钛合金和2A14-T14铝合金的连接,研究了搅拌头偏移对接头的成形及拉伸性能的影响。结果表明在搅拌头向铝合金侧的偏移对接头的最大抗拉强度有显著的影响。接头最大抗拉强度随搅拌头的偏移量的增加逐渐升高。在偏移量为2.0 mm、搅拌头转速从400 r/min增加到700 r/min时,接头的最大抗拉强度逐渐降低。在偏移量为2.5 mm、接头的最大抗拉强度随转速的增加逐渐升高。当在搅拌头转速为700 r/min, 焊接速度为60 mm/min时,所得接头强度最高,约347 MPa,为铝合金母材的83 %。接头的断裂位置和拉伸强度均取决于微观组织和金属间化合物。对于强度最高的接头,由于TiAl相的生成,接头于铝合金侧热影响区发生断裂。     

镍中间层对铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接头微观组织的影响

采用搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW),引入厚度为0.05 mm镍箔作为中间层,在焊接速度不变条件下,采用不同转速对厚度为4 mm的6061铝合金和AZ31镁合金进行平板对接,对接头进行系列微观组织表征及力学性能测试,探讨转速对接头中镍颗粒分布状态,金属间化合物(intermetallic compounds, IMCs)种类与分布及接头强度的影响规律. 研究结果表明:与未引入中间层接头相比,引入镍改变了铝/镁异种金属FSW接头焊核区(weld nugget zone, WNZ)中IMCs种类及分布,WNZ存在明显的镁合金与铝合金相间的带状组织,其上分布着絮状Al₁₂Mg₁₇、颗粒状Mg₂Ni、层状Al₃Mg₂及大小不一的镍箔颗粒;随着转速增加,镍箔颗粒分布愈加均匀,Al₃Mg₂数量相对减少,且脆性Al₃Mg₂由连续分布逐渐演变为断续分布;当转速为750 r/min时,接头抗拉强度达到最大值,与未引入中间层接头相比,引入镍中间层接头抗拉强度提高了56 MPa,达到镁合金的56.9%.     

电子束扫描波形对铝锂合金显微组织及力学性能的影响

对厚度1.8 mm的2198-T8态铝锂合金薄板进行真空电子束焊接,分析了不同扫描方式对焊缝成形及接头力学性能的影响,以及最优焊接工艺下焊接接头的显微组织与力学性能。结果表明:在工作距离为300 mm、加速电压U=60kV、聚焦电流I_f=498 mA以及电子束流I_b=6.8mA情况下,不添加扫描可获得成形良好且无宏观气孔缺陷的焊接接头。相同参数条件下对比添加了扫描方式的焊接,得出焊接过程中添加三角波扫描时,焊缝的显微硬度值和焊接接头的抗拉强度均得到了提高,焊接接头的平均抗拉强度为326.5 MPa,其中最高抗拉强度可达到母材的71.5%,延伸率最高可达母材延伸率的86.8%,焊缝熔合区较整个焊缝区来说最为薄弱。     

AZ31镁合金及其TIG焊接接头断裂机理研究

对AZ31镁合金及其焊接接头进行拉伸、冲击和疲劳试验,分析了镁合金的断裂机理及疲劳裂纹扩展方向.母材拉伸试验结果表明,试样几乎没有缩颈,抗拉强度为236.29 MPa;焊接接头的抗拉强度为185.68 MPa,拉伸断裂从焊接接头焊趾部位启裂,抗拉强度为母材的78%.冲击试验在-80～340 ℃进行,结果表明,在较低温度下AZ31镁合金冲击韧性较小,断口为准解理形貌的脆性断裂;随着温度的增加,断裂形式由准解理+韧窝形貌的混合断裂过渡为韧性断裂;在常温下焊缝中心的冲击韧性比母材的高,但热影响区的冲击韧性较差.AZ31B镁合金母材的疲劳强度为66.72 MPa,对接接头的疲劳强度为39.00 MPa;母材疲劳断口由解理台阶组成,为脆性断裂;焊接接头疲劳断口由解理和准解理台阶组成,为脆性断裂.     

镀锌钢/铝添加中间夹层Cu、Pb的激光搭接焊研究

对1.2 mm厚DC56D+ZF镀锌钢和1.15 mm厚6016铝合金平板试件进行了添加中间夹层Cu、Pb的激光搭接焊实验研究,利用体视显微镜、卧式金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、微机控制的电子万能试验机等手段研究了钢/铝焊缝的表面成形性、接头各区域的金相组织、界面元素分布、断口形貌、主要物相与接头力学性能。结果表明:添加中间夹层Cu、Pb,焊接接头的平均抗拉强度分别为49.44、73.51 MPa,伸长率分别为1.63%、2.37%,与未添加夹层相比,抗拉强度和伸长率提高,其中Pb提高效果优于Cu;不加夹层,钢/铝试样断口呈明显脆性断裂特征;加入夹层Cu,脆性断裂特征不明显;而加入夹层Pb,试样断口呈韧性断裂特征;添加夹层Pb,钢/铝界面连接处Fe、Al、Zn、Mg、Pb元素变化剧烈,混合区宽度大,新生成Mg2Pb金属间化合物的结构比FeAl金属间化合物稳定,能抑制脆性FeAl金属间化合物生成。这是添加夹层Pb明显改善钢/铝焊接接头力学性能的重要原因。