2099-T83/2060-T8异质Al-Li合金搅拌摩擦焊搭接界面结构与力学性能

采用搅拌摩擦焊(FSW)对厚度为2 mm的2099-T83与2060-T8 Al-Li合金进行搭接.利用OM和SEM等分析技术探讨搅拌头转速和搅拌针长度对搭接接头界面结构与力学性能的影响.结果表明,2099-T83/2060-T8搭接接头焊缝区可观察到明显的结合界面,焊缝区显微硬度低于母材,且在热机影响区与焊核区的过渡区硬度最低.当搅拌头转速由600 r/min增加到800 r/min,且搅拌针长度由3.0 mm减小至2.5 mm时,界面形貌由光滑界面转变成"锯齿状"咬合界面,焊缝区结合界面形貌主要受搅拌针长度影响,"锯齿状"咬合界面搭接接头平均破坏载荷为654 N.搭接接头均在底部母材2060-T8侧热机影响区与焊核区的过渡区断裂,断裂特征为韧-脆混合断裂."锯齿状"咬合界面搭接接头经150℃,保温20 h人工时效处理后,焊缝区显微硬度有所提升,接头承载能力较未经人工时效处理的降低了20%,断口呈现脆性断裂模式.     

不扎透上板对2024-T4铝合金搅拌摩擦搭接焊力学性能的影响

钩状缺陷是影响搅拌摩擦搭接焊接头性能的重要因素. 为了尽可能的避免钩状缺陷的产生,利用不扎透上板的方式对2024-T4铝合金进行焊接,重点分析不同转速下的接头横截面形貌及力学性能. 结果表明,利用不扎透上板的方式所得搭接界面保持连续且主要呈水平方向分布. 由于搅拌针长度较小,焊核区底部的宽度远大于搅拌针尖端直径,使有效连接宽度增加,导致搭接接头在承受拉剪载荷时呈拉伸断裂模式. 与转速为500 r/min相比,600 r/min下接头的有效连接宽度与剪切拉伸强度均有小幅度地增加,最大剪切拉伸强度为143 MPa.     

焊后无针搅拌摩擦加工对FSLW焊缝拉剪强度的影响

采用搅拌摩擦搭接焊(FSLW)对奥氏体基球墨铸铁和低碳钢实施了焊接,并用无针搅拌头对焊缝进行搅拌摩擦加工。利用拉伸试验机、扫描电子显微镜和硬度仪研究了无针搅拌摩擦加工对焊缝拉剪强度、显微组织和硬度的影响。结果表明,无针搅拌摩擦加工可改善焊缝处石墨聚集现象,降低搅拌区上部马氏体含量,从而有效提高焊缝断裂载荷。随无针搅拌头转速提高,焊缝断裂载荷呈现增大趋势,搅拌头转速2100 r/min,进给速度50 mm/min时,试样断裂载荷最大,达到6400 N,为搅拌摩擦加工前的6倍多。     

7N01铝合金厚板搭接搅拌摩擦焊接头力学性能研究

研究不同工艺参数下,7N01铝合金搅拌摩擦焊搭接接头的力学性能。结果表明,当其它工艺条件不变,搅拌头旋转速度在350~450 r/min、焊接速度在200~250 mm/min区间时,焊接接头能获得400 MPa左右的拉剪强度,接近母材的90%,大于或小于这一区间,都会使其抗拉性能变差。在转速350~450 r/min、焊速100~250 mm/min的范围内,通过适当提高焊接时的焊接速度和搅拌头转速,可以获得搭接面较好的接头。显微硬度测试结果显示,焊缝区的维氏硬度可达到母材硬度值的70%左右。当搅拌头转速恒定时,硬度值随着焊接速度的增加先增加后减小。     

5083-O铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头的成形与力学性能研究

以2 mm厚5083-O铝合金为研究对象,研究了搅拌头转速对回填式搅拌摩擦点焊(Refill friction stir spot welding,RFSSW)接头成形及力学性能的影响。结果表明,当焊接工艺参数不合理时,接头会出现孔洞和未充分回填等缺陷。焊核区不存在明显的软化现象,且上板硬度稍高。随着转速的增加,接头的拉剪载荷先上升后下降;最大拉剪载荷在转速为2500 r/min时取得,其值为7.92 k N。     

Ti/Al异种合金搅拌摩擦焊搭接接头的界面特性(英文)

采用搅拌摩擦焊实现TC1钛合金和LF6铝合金异种材料的搭接连接,并对界面特性进行研究。采用所选取的工艺参数均能获得良好的表面成形,但每一种工艺参数下的界面形貌不同。随着焊接速度的增加或搅拌头转速的降低,被搅拌针搅入焊核区的钛合金粒子的数量减少,而且搭接接头的抗拉载荷也随着焊接速度的提高而降低。当焊接速度为60mm/min、搅拌头旋转速度为1500r/min时,接头的抗拉载荷达到最大值,此时的界面区可以分成三层。搭接接头的显微硬度分布不均匀,焊核中心区的显微硬度值最大,高达HV502。     

铜/钛搅拌摩擦搭焊接头特征及界面结合机制

研究了搅拌摩擦焊法搭接TA2工业纯钛和T2紫铜。工艺优化实验结果表明：Cu/Ti搭接搅拌摩擦焊工艺窗口较窄,在搅拌头转速800 r/min、焊速20 mm/min以及搅拌头转速900 r/min、焊接速度30 mm/min的焊接工艺参数配比条件下,可获得无缺陷且焊缝表面、搭接界面成形良好的Cu/Ti接头。对搅拌头转速800 r/min、焊速20 mm/min的焊接参数下获得的Cu/Ti接头焊缝进行金相和SEM观察,分析结果表明：搭接界面两侧Cu、Ti宏观流动现象明显,Ti向Cu一侧的塑性材料流动量要明显优于Cu向Ti一侧,且在局部机械混合区呈典型的Cu/Ti相间条带状结构;在搭接界面处形成一层平均厚度约为4.8 μm的扩散过渡层,在过渡层中Cu的扩散速度要大于Ti的扩散速度,Cu/Ti搭接界面形成冶金结合     

5082铝合金板搅拌摩擦焊搭接接头性能研究

采用搅拌摩擦焊对1. 5 mm和2 mm不同厚度5082铝合金板进行搭接焊,通过拉剪实验对焊接接头进行室温拉剪性能检测,用光学显微镜对接头横截面进行微观组织观察,用扫描电镜(SEM)对拉剪断口形貌进行分析。结果表明:在下压量为2. 485 mm、主轴的倾斜角度为3°、焊接速度为60 mm/min、搅拌头转速为800 r/min的工艺参数下,接头的拉剪强度可达228 N/mm2,拉剪断裂发生在薄板的前进侧热机影响区,断裂方式为韧-脆混合断裂;焊核区发生动态再结晶生成了细小的等轴晶,热机影响区组织发生塑性变形,热影响区组织与母材的相当。     

6005A-T6铝合金型材搅拌摩擦焊工艺参数优化

针对某型号地铁侧墙板6005A-T6铝合金型材搅拌摩擦焊进行焊接工艺参数优化。根据前期试验拟定搅拌头转速为1 000~2 100 r/min、焊接速度为500~2 200 mm/min,通过对比焊缝外观成形质量,确定搅拌头旋转速度为1 500 r/min和焊接速度为1 100 mm/min。对不同顶锻力获得的接头进行金相检验和拉伸弯曲试验。当工艺参数为ω=1 500 r/min、v=1 100 mm/min、F=13.5 k N时,接头无缺陷,抗拉强度可达母材的80%,180°弯曲试验无断裂。     

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.     

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。     

工艺参数对铝锂合金搅拌摩擦焊搭接接头力学性能的影响

通过对铝锂合金搅拌摩擦焊搭接接头组织与力学性能测试,分析了不同焊接工艺参数对搭接接头拉伸性能的影响.结果表明,搅拌针的长度对接头性能影响最大,搅拌针长度从2.8 mm变为2.5 mm时,所有接头强度和塑性均有明显增加.旋转频率/焊接速度(η)对接头性能也有影响,随着η小幅度增加,接头的强度和塑性都有一定提高.在旋转频率为800 r/min、焊接速度为200 mm/min(η=4)条件下,接头的强塑性最佳,抗拉强度达到467 MPa,为母材的94％,断后伸长率为3.18％.从断口形貌观察发现,拉伸试样从前进侧搭接界面的“钩状”位置起裂,沿热影响区扩展至母材发生断裂.     

搅拌头转速对AZ31镁合金厚板搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

选用9.8 mm厚AZ31镁合金进行搅拌摩擦焊对接试验,探究搅拌头转速对焊接接头力学性能和表面成型的影响。结果表明,接头的力学性能随搅拌头转速的增加呈先增大后减小的趋势。过低的搅拌头转速会造成热输入不足,产生隧道缺陷,降低接头力学性能;搅拌头转速过高会造成热输入过大,也会降低接头的力学性能。当选择转速800r/min,焊接速度180 mm/min时,接头力学性能最好,拉伸断口呈韧性断裂,无缺陷。     

工艺参数对5754铝合金搅拌摩擦焊搭接接头剪切性能的影响

在旋转速度800 r/min和焊接速度300 mm/min条件下,对3 mm厚的5754铝合金板材进行搅拌摩擦焊搭接试验,研究了工艺参数(搅拌针长度、轴肩尺寸和上板承力位置)对搭接接头拉伸性能的影响规律。结果表明,搅拌针长度由3.2 mm增加到5 mm时,可以消除AS侧的隧道缺陷,但Hook缺陷依然存在于RS侧;当上板前进侧承力时,产生较大面积的隧道缺陷;当轴肩尺寸由12 mm增大到16 mm时,隧道缺陷消除,但是在AS和RS侧均存在Hook缺陷。5754铝合金FSW搭接接头的最大拉力和抗剪强度受隧道缺陷和Hook缺陷影响显著,当搅拌针长度5.0 mm或轴肩尺寸16 mm时,搭接接头的微观组织中没有隧道缺陷,并且Hook缺陷尺寸较小,5754铝合金搅拌摩擦焊接头的最大拉力较大,抗剪强度较高。     

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。     

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（英文）

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TiA l相的生成,接头于铝合金侧热影响区发生断裂。     

铝合金薄板搅拌摩擦焊搭接界面缺陷与接头性能

针对2A12–T4铝合金薄板进行了搅拌摩擦焊搭接试验,研究了焊接参数对缺陷形态与接头性能的影响规律. 结果表明,勾状缺陷具有更大的高度和弯曲角度,最大缺陷高度为上板厚度的12.7%. 随焊接速度增大,缺陷高度减小.随转速提高,勾状缺陷高度先增加后减小,冷搭接缺陷高度呈“V”形变化. 在950 r/min,200 mm/min下接头强度最高,接头系数可达84%. 维氏显微硬度分布呈“W”形,上板出现接头软化,焊核区下部硬度高于上部硬度. 冷搭接缺陷是影响接头性能的主要因素,由于有效搭接宽度较小,接头断裂方式为沿搭接面的剪切断裂.     

钛/铝异种材料搅拌摩擦搭接焊过程的温度场研究

以2 mm厚TC4钛合金板与6.5 mm厚7075-T6铝合金板为对象,建立了钛上铝下的搅拌摩擦搭接焊有限元模型,利用Abaqus软件模拟了不同转速下焊接过程的温度场,并利用测温试验进行了验证。结果表明,焊接温度峰值位于搅拌头作用区,其值随转速的减小而降低;在本文的试验条件下,焊接速度为30 mm/min,转速小于230 r/min时,搭接界面处的温度峰值低于铝合金的固相线温度,可实现固相下的钛/铝异种材料搅拌摩擦搭接焊。     

SiCp/2009Al复合材料搅拌摩擦焊T形接头组织与力学性能

在工具转速800 ~ 1200 r/min、焊接速度100 ~ 150 mm/min的工艺参数下，对6 mm厚的硬态(自然时效态)体积分数为15% SiCp/2009Al复合材料轧制板材进行T形搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)，均获得了致密无缺陷的接头. 结果表明，FSW过程中，剧烈塑性变形使焊核区部分SiC颗粒发生一定程度的破碎，破碎程度随转速的增加而增加，随焊接速度的增加而减弱；焊核区中的微米级强化相发生破碎、溶解，并沿焊核区细晶界面析出. T形接头横板两侧各存在2个低硬度区，靠近焊核区的低硬度区的硬度比远离焊核区的低硬度区的硬度低；固定焊接速度为100 mm/min时，转速从800 r/min增加到1200 r/min时，接头的抗拉强度不变；固定转速为800 r/min时，将焊接速度从100 mm/min增加到150 mm/min时，接头的抗拉强度轻微降低. 接头拉伸过程中在横板与竖板交界处受应力最大，所有接头均在此区域断裂.     

阶梯形正反螺纹搅拌针对2A12-T4铝合金 FSLW接头力学性能的影响

搅拌针上螺纹分布情况会对搅拌摩擦焊接头内部材料流动行为产生重要影响,进而影响接头成形及力学性能. 采用锥形螺纹搅拌针和阶梯形正反螺纹搅拌针进行2A12-T4铝合金搅拌摩擦搭接焊试验,对比分析了两种搅拌针下搅拌摩擦搭接焊接头横截面形貌、显微组织、拉剪性能及接头断裂位置. 结果表明,两种搅拌针下接头横截面形貌均呈现“碗状”. 然而,在阶梯形正反螺纹搅拌针焊接下搭接界面后退侧出现特有的“括号”形貌. 相对于锥形螺纹搅拌针,阶梯形正反螺纹搅拌针下的接头热力影响区与热影响区晶粒分布相差不大,但焊核区晶粒细化程度更加明显;接头在焊接速度80 mm/min下可获得最大拉剪性能,其值为10.39 kN. 阶梯形正反螺纹搅拌针下接头界面后退侧出现的“括号”形貌阻碍了裂纹向焊核区进一步扩展,断裂模式表现为拉伸断裂.