铝合金搅拌摩擦焊接过程传热和塑性流动数值分析

利用大型计算流体动力学软件FLUENT,建立铝合金板搅拌摩擦焊接过程热流耦合三维有限元模型。通过求解三维质量、动量和能量守恒方程,得到焊接过程粘塑性金属三维流场和温度场。结果表明,相比较搅拌头的进给速度,搅拌头转速对促进其周围塑性金属流动效果明显。同时与纯流场模型相比,热流耦合模型显示金属流动性较充分。此外,仿真得到的温度场得到了实验结果的验证。     

2205双相不锈钢搅拌摩擦焊接头组织和性能

采用不同搅拌头转速,研究了搅拌头转速对4 mm厚2205双相不锈钢板材搅拌摩擦焊接头组织及性能的影响. 结果表明,当焊接速度为50 mm/min时,搅拌头转速在600 ~ 800 r/min的范围内,均可获得表面成形良好且内部无缺陷的接头.接头搅拌区在动态再结晶的作用下组织得到细化,硬度值较高,热影响区在焊接热作用下组织粗化,硬度值较低.整个接头的铁素体含量在50% ~ 60%范围内,且随着转速的升高搅拌区的铁素体含量有所增加. 当转速为600 r/min时,接头的抗拉强度达到最大824 MPa,为母材的97.3%,断裂位置为接头的热影响区.     

装卡方式对搅拌摩擦连接残余应力分布的影响

采用6种不同的装卡方式,开展了3.2 mm厚2024-T3铝合金板搅拌摩擦连接的试验研究,利用切割释放法对试件连接部位进行了上下表面纵向残余应力的测量,并对其分布规律进行了分析研究.结果表明,在没有施加侧顶力时连接接头上表面的残余应力峰值明显高于正常连接,差值约为50 MPa;随着压板距接缝中心距离的增加,残余应力峰值也会逐渐增加；单独增加前进侧压板或后退侧压板距接缝中心的距离,后退侧的残余应力峰值都会明显地提高,与前进侧的差值也得以减小,但采用后者效果更加显著.     

LF6铝合金搅拌摩擦焊焊缝中S曲线对接头拉伸性能的影响

在铝合金搅拌摩擦焊中,当焊接规范参数选取不当时,焊缝中会出现一种S形曲线。采用圆柱右螺纹搅拌头,对铣去对接面氧化膜和不铣去对接面氧化膜的试样分别进行搅拌摩擦焊试验,研究焊缝中S线对接头性能的影响。结果表明:焊缝中的S线对接头的拉伸性能有影响。含有S线的试样沿焊缝上的S线断裂,断面呈"S"状;焊缝中无S线的试样在焊核中断裂,断面呈45°。焊缝中的S线使接头的强度下降。     

铝/钢多层多道耗材摩擦焊接头组织性能研究

采用耗材摩擦焊实现2A12铝合金在Q235低碳钢上的多层多道焊接。结果表明:耗材摩擦焊可以获得表面成形良好、无内部缺陷的多层多道焊接接头。在焊接热循环作用下,堆焊层组织中第二相颗粒发生了聚集长大且先堆焊层第二相颗粒聚集长大现象更明显;接头后堆焊层硬度高于先堆焊层硬度;接头剪切强度可达130.3 MPa,为2A12铝合金剪切强度的63%,接头断裂于堆焊层铝合金侧,断裂方式为韧性断裂。     

自然时效对7050铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

对2.5 mm 7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头进行自然时效处理,时效时间分别为72 h和17520 h.对时效处理的接头进行拉伸试验、显微硬度测试和微观组织观察,确定自然时效时间对接头的力学性能、硬度分布、微观组织以及析出物的影响规律.结果表明,自然时效17520 h接头的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率较自然时效72 h的接头分别提高了20%,12%和25%;自然时效17520 h接头的焊核区和热力影响区的硬度相应的提高了约60 MPa;随着自然时效时间的延长,焊核区和热力影响区的溶质原子富集区(GP区)所占的比例升高、η'和η析出相增多,它们能够钉扎位错,使位错运动消耗更多的能量,从而提高了接头的强度和塑性.     

钛合金/铝合金搅拌摩擦焊接头的显微组织

采用搅拌摩擦焊对TC1钛合金和LF6铝合金异种金属进行焊接,采用金相、扫描电镜和能谱观察分析焊接接头的组织.结果表明:搅拌摩擦焊接头中,钛合金母材与焊核的界面凸凹不平,边界处存在白亮颗粒,而铝合金母材与焊核的界面光滑、平整;焊核区铝合金基体上分布大小不等的颗粒,这种颗粒有两种类型,一种颗粒的尺寸较小、呈细长条状,另一种颗粒尺寸较大,整体呈暗灰色、边缘有少量发亮的条带.两种颗粒中均有Ti-Al金属间化合物存在;钛合金/铝合金异种材料焊接时,搅拌头的磨损很严重,在焊核和铝合金母材的边界存在搅拌头磨损后脱落的颗粒.     

中性盐雾下7075铝合金搅拌摩擦焊焊缝的腐蚀行为

用金相和透射电镜对包铝的7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织和微结构进行分析,用中性连续盐雾试验研究焊缝表面的腐蚀行为,并观察焊缝宏观和微观腐蚀形貌。研究结果表明：焊缝区的晶粒和第二相粒子得到明显细化,在焊缝表面的第二相粒子分布不均匀;搅拌摩擦焊焊缝区耐蚀性比包铝的母材低。腐蚀首先从局部点蚀和晶间腐蚀开始,最终演变为剥落腐蚀。     

自然时效及人工时效对6061-T6 FSW接头性能的影响

6061-T6 铝合金是Al-Mg-Si系可热处理强化铝合金,其搅拌摩擦焊焊态下接头性能优于传统焊接方法,但并未达到较优水平.文中对不同自然时效条件及人工时效下6061-T6搅拌摩擦焊接头金相组织、显微硬度和拉伸力学性能进行了观察和测试,发现随着时效时间的延长,焊缝硬度有所回升,时效30天时趋于稳定,接头强度达到母材的72%;经人工时效后,提升接头性能效果明显,强度达到母材的84%,但断后伸长率下降.     

搅拌针形状对搅拌摩擦焊焊缝S曲线形成的影响

采用四种不同形状搅拌针的搅拌头进行搅拌摩擦焊试验,研究了搅拌针形状对LF6铝合金搅拌摩擦焊焊缝S曲线形成的影响.结果表明:通过改变搅拌针形状可以改变焊缝塑化金属的流动行为及结合面材料的破碎程度,从而影响S曲线的形成.当焊接参数一定时,在光面搅拌针中,圆锥光面搅拌针较圆柱光面搅拌针更易形成S曲线;表面带螺纹搅拌针中,圆柱右旋螺纹搅拌针较圆柱左旋螺纹搅拌针更易形成S曲线.搅拌针形状不变,降低焊接速度,可以改善焊缝塑化金属流动性,使结合面材料的分布不连续,S曲线逐渐消失.