2198-T3S铝锂合金组合工艺搅拌摩擦焊接头组织性能分析

为探究搅拌摩擦焊（FSW）焊接铝锂合金板材的最佳工艺参数,采用圆柱形螺纹搅拌头,焊前对板材背面开槽,在保持焊接速度不变的情况下对2198-T3S铝锂合金板材进行不同转速下的焊接组合工艺实验,焊后对接头进行了微观组织分析与力学性能测试。研究结果表明：采用组合工艺后焊缝的根部未出现弱连接缺陷;随着转速的提高,焊缝内部的缺陷消失,焊核区的晶粒呈粗大化趋势,第二相回溶,使焊缝的力学性能呈现“先升后降”的趋势。在最优组合参数下接头的抗拉强度和屈服强度分别为359 MPa（母材的81.5%）和248 MPa（母材的77.5%）。同时,转速的提高使焊缝的断裂方式发生了改变,由脆性-韧性混合断裂向韧性断裂转变。     

锥形光头搅拌针搅拌摩擦焊接铝锂合金接头组织及力学性能

采用锥形光头搅拌针搅拌摩擦焊接5mm厚铝锂合金轧制板材，并对接头微观组织、力学性能及断裂特性进行了深入研究。结果表明，接头由焊核区、热机影响区和热影响区构成。焊核区在焊接过程中发生动态再结晶，形成细小的等轴晶晶粒，晶界处分布有大量的偏析相，热影响区组织发生粗化，形成粗大的板条状组织，前进侧热机影响区组织发生回复反应，后退侧热机影响区发生回复 再结晶反应；硬度测试结果表明，接头发生软化，后退侧材料的软化区间和软化程度均高于前进侧；断口实验结果表明，接头断裂模式为解理断裂。     

焊前和焊后热处理对2195铝锂合金双面搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

采用双面搅拌摩擦焊方法对6 mm厚2195铝锂合金板进行焊接,对比研究了焊前与焊后热处理(410℃×1 h退火+510℃×1 h固溶+155℃×1 h人工时效)对接头显微组织及力学性能的影响.结果表明:焊前热处理的接头焊核区晶粒呈细小等轴状,平均晶粒尺寸约为9.2μm,而焊后热处理的焊核区晶粒发生了异常长大现象,平均晶...     

镁锂合金搅拌摩擦焊及电子束焊研究

对一种新型α+β双相镁锂合金的搅拌摩擦焊及电子束焊进行了实验研究,为该合金在精密制造领域的应用提供参考。利用金相显微镜、扫描电镜和显微硬度测试探明接头显微组织和力学性能的演变规律和特点。结果表明,在合理的工艺参数下,镁锂合金搅拌摩擦焊接头焊核区α+β双相都得到了明显的细化,演变为等轴晶,且α相体积分数相对减少。在焊接速度为15 mm/s,聚焦电流为500 ~ 540 mA,焊接电流为8~10 mA时,5 mm厚镁锂合金电子束焊焊缝完全焊透,焊缝区域由细小的等轴晶组织组成,α相分布更加弥散,呈网状分布在β晶界上。两种工艺下焊缝区显微硬度(HV)较母材均提升了13左右。综上,采用搅拌摩擦焊及电子束焊均可实现外观成型、组织以及性能优良的镁锂合金连接。     

焊缝合金化对稀土铝锂合金焊缝组织及韧性的影响

通过焊缝合金化手段，探讨了合金元素锆和铈对不同含铈量的２０９０铝锂合金焊缝组织及断裂韧性的影响机制，并对焊后人工时效处理的影响进行了分析讨论。结果表明，采用所研制的新型焊丝焊接２０９０Ｃｅ铝锂合金，其焊缝组织明显细化．焊缝金属的裂纹扩展阻力显著增加．而焊后热处理将导致焊缝断裂韧性下降．     

搅拌头偏置对铝镁异种合金搅拌摩擦焊焊缝成形的影响

采用不同的搅拌头偏置位置对AZ31B镁合金和6061铝合金进行搅拌摩擦焊对接试验,探究搅拌头偏置位置对铝镁异种合金搅拌摩擦焊焊缝成形的影响。对比了不同搅拌头偏置所获得的焊缝外观成形和断口成分能谱,实验结果表明,搅拌头偏置铝1 mm所获得焊缝表面成形质量要优于搅拌头置中和偏置镁1 mm所得的焊缝,焊接过程中金属间化合物大量连续的生成是造成接头断裂的主要原因。     

搅拌摩擦焊工艺参数对LY12铝合金焊缝金属流动形态的影响

采用铝箔作为标示材料,研究了旋转速度、焊接速度、下压量等工艺参数对LY12铝合金搅拌摩擦焊焊缝金属流动形态的影响.结果表明:焊缝金属的流动形态由4个特征区域组成,即水平流动区、紊流区、"洋葱环"区和刚塑性迁移区;搅拌摩擦焊的焊缝关于中心不对称,返回边标示材料的变形程度比前进边的大;随着旋转速度的提高,金属在焊缝厚度方向向上的迁移量先增大后减小;随着焊接速度的提高,金属向上迁移的最大位移减小;增大下压量,有利于金属的流动和焊缝致密度的提高.     

铝/黄铜异种金属搅拌摩擦焊搭接接头显微组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊方法对5052铝合金及H62黄铜异种金属进行搭接,搅拌头转速固定为1 000 r/min,焊速为100～300mm/min,对接头微观组织和力学性能进行研究。结果表明:搭接接头铝侧分为焊核区、热机影响区和热影响区。接头铝侧与搅拌头直接作用的区域,晶粒发生一定的细化。搭接界面处两板间分界明显,界面处有黄铜和铝的机械混合,且有金属间化合物产生。接头显微硬度分布表明铝侧焊核区显微硬度最高,硬度最低点在热影响区。界面处的硬度明显大于铝及黄铜母材。随着焊速的增大,接头拉剪载荷先增大后减小。接头拉伸时断于界面区,断口为解理断裂。     

焊后热处理对Cu-Cr-Zr合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能的影响

对5 mm厚Cu-Cr-Zr合金板进行搅拌摩擦对接焊,在不同时效温度(400,450,500℃)下对接头进行热处理,研究了热处理对接头组织和力学性能的影响.结果表明:焊后热处理后,焊核区晶粒尺寸未发生明显变化,热机影响区弯曲变形的晶粒基本消失;焊后热处理后,在焊接过程中固溶至基体中的强化相重新析出,但500℃焊后热处理...     

搅拌摩擦焊接2195-T8铝锂合金接头的室温和低温拉伸性能

在不同焊接速度(100～300mm·min-1)下对2mm厚2195铝锂合金板进行搅拌摩擦焊接,研究了焊接速度对接头室温和低温(-183℃)拉伸性能的影响,以及从室温到低温接头与母材拉伸性能变化的差异。结果表明:不同焊接速度下接头的低温屈服强度和抗拉强度均高于室温的,当焊接速度为200mm·min-1时接头的室温和低温拉伸性能最好;从室温到低温,接头的抗拉强度和塑性增幅高于母材的,低温下接头拉伸性能的提高程度高于母材的;随着焊接速度的增大,拉伸断裂位置由焊核区近后退侧处转移到之字线处。     

搅拌针形状对2A14铝合金搅拌摩擦焊接头组织和拉伸性能的影响

为深入研究搅拌针形状对搅拌摩擦焊接头显微组织和拉伸性能的影响,采用搅拌针形状不同的搅拌头对8mm厚2A14铝合金进行搅拌摩擦焊接试验,研究了搅拌针形状对接头显微组织和拉伸性能的影响。结果表明:增大搅拌针的"切边"深度,一方面可以增强搅拌针对材料的搅拌作用,促进材料塑性流动,有利于获得良好的焊接接头,另一方面可以增大搅拌针的动静态体积比,增强搅拌针对材料的挤压作用,增加材料的塑性变形产热,扩大焊核区及热机影响区的面积;焊核区"洋葱环"是材料流动充分的表现;搅拌针动静态体积比大于1对焊接接头拉伸性能的提高很重要,但当动静态体积比达到1.10后,继续增大动静态体积比对抗拉强度的提高效果不显著,但对断后伸长率的影响仍较明显。     

2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊工艺及接头组织性能研究

通过对8mm厚2219铝合金进行双轴肩搅拌摩擦焊试验,研究了不同焊接速度对接头成形、组织演变及其对力学性能的影响规律。工艺试验结果表明:在固定转速(200r/min)下,不同焊接速度下的接头均成形良好,未出现微裂纹、隧道以及疏松等焊缝表面缺陷。随着焊接速度的增加,接头区域晶粒尺寸减小;接头显微硬度受到晶粒尺寸与沉淀相分布的制约,硬度分布曲线呈“W”形,热影响区硬度最低。并且随着焊接速度的增加,接头最低硬度和抗拉强度逐渐提高,断裂位置发生在热影响区与热影响区交界处。在焊接速度为350mm/min时,接头抗拉强度达到最大值335MPa,约为母材的72.8%。     

2A14厚板铝合金SSFSW角焊缝接头组织及性能

采用自主研制搅拌针长度为8.5mm的静止轴肩搅拌工具和2A14-T4厚板铝合金进行150°角焊缝接头静止轴肩搅拌摩擦焊工艺试验,探讨焊接工艺参数对接头组织和力学性能的影响规律。结果表明:在500~700r/min主轴转速与40~100mm/min焊接速度范围内均可获得表面光滑无内部缺陷的角焊缝接头,其外观尺寸可精确控制基本无残余焊接角变形。焊缝区主要由焊核(Stir zone,SZ)组成,SZ形状类似搅拌针圆锥台状或椭圆状、其宽度沿厚度方向分布比较均匀;热力影响区(Thermal mechanical affected zone,TMAZ)及热影响区(Heat affected zone,HAZ)宽度明显较小。焊缝区硬度分布具有明显不均匀特征,最薄弱区位于TMAZ与HAZ的交界处。主轴转速变化对焊缝区平均硬度影响较小,但随着焊接速度增加其平均硬度明显增大。角焊缝前进侧等效拉伸强度大于后退侧,等效拉伸强度随转速增加而减小,焊速的增大而增大。在500r/min-100mm/min焊接工艺下所得到的接头等效拉伸强度最高,可达到母材的79.24%。在拉-剪复合承载模式下,角焊缝拉伸试样宏观塑性变形很小呈现脆性断裂特征。     

冷喷铝涂层对2024铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

冷喷涂层为搅拌摩擦焊(Friction stir welding, FSW)接头提供了良好的防腐效果,但冷喷涂层对FSW接头力学性能的影响尚不明确。基于此,本研究通过拉伸和疲劳试验研究冷喷涂层对2024-T3铝合金接头力学性能的影响,并采用透射电子显微镜(Transmission electron microscope, TEM)与差示扫描量热法(Differential scanning calorimetry, DSC)表征冷喷涂前后接头显微组织的变化。试验结果表明,在2024-T3铝合金FSW接头上制备冷喷涂层后,接头的力学性能得到了一定改善,其抗拉强度从393.3 MPa提高到420.0 MPa,伸长率从4.3%增加到6.9%。当疲劳循环次数为1×107时,喷涂后的FSW接头在50%存活率下的疲劳强度比焊态高29.1%,在95%存活率下的比焊态高30.9%。TEM和DSC结果表明,喷涂后焊核区S相的数量、Cu与Mg原子偏聚区体积分数明显增多,这可能是接头力学性能提升的内在原因。     

铝合金搅拌摩擦焊液冷流道承压力学模型

为了实现液冷组件的可靠性设计,并且缩短液冷流道结构的设计周期,文中在通过力学仿真计算获得大量仿真数据的基础上,探索了流道承压共性规律,明确了液冷流道承压最大应力响应的影响因素及影响规律。结果表明,搅拌摩擦焊液冷流道内部的最大等效应力与盖板厚度呈反比,与盖板承压宽度的平方呈正比,与内压呈正比,在此基础上,建立了液冷流道承压力学模型 σ = KPL ² H ^-1,其中,对于铝合金液冷组件,K=0. 243 mm^-1。该承压力学模型为液冷组件提供了力学设计依据,根据液冷组件流道内压可以快速明确其几何尺寸,大大提高了设计效率,且广泛适用于采用其他焊接方法制造的同结构类型的液冷组件。     

3A21与6063异种铝合金搅拌摩擦焊接头性能分析

为研究3A21与6063异种铝合金材料摩擦搅拌焊接头性能,文中选取了16组不同的焊接工艺参数进行搅拌摩擦焊接试验。在试验过程中,为研究焊缝处的力学性能,减小了试件焊缝处的宽度,使拉伸断裂处能发生在焊缝处。通过整理试验数据,分析了6063-O/3A21与6063-T6/3A21焊接接头抗拉强度与接头硬度随焊速、转速以及焊速转速比变化的分布规律,得到了适用的焊接参数范围。试验表明,通过合理选择焊接参数,得到了力学性能良好的焊接接头,达到了工程应用要求。     

搅拌摩擦焊接头摩擦磨损性能研究

在MM-200型摩擦磨损试验机上分别试验了LF2铝合金搅拌摩擦焊接接头焊缝区和母材的摩擦磨损性能。通过测定失重量和摩擦力矩的波动情况,得出了在不同的工艺参数条件下试样的抗磨损性和摩擦因数的变化规律。实验结果表明：搅拌摩擦焊接头的摩擦磨损性能明显优于母材,当正压力从50N增加到106N时,母材的失重量增加近6倍,母材的失重量在同等垂直载荷的情况下是焊缝的10-20倍。实验还表明搅拌摩擦焊接接头的摩擦力矩较小并且波动平缓。搅拌摩擦焊接头区域的磨损机制从磨粒磨损方式转变为疲劳磨损方式。     

T2纯铜快速冷却搅拌摩擦焊缝微观组织和力学性能研究

由于焊后余热带来的退火软化效应,T2纯铜常规搅拌摩擦焊（Friction stir welding,FSW）焊缝通常会出现位错密度降低和晶粒长大的现象,其屈服强度普遍较低。为消除焊后退火效应并改善力学性能,采用液态CO₂同步快速冷却FSW工艺对2 mm的T2纯铜进行焊接。利用光学显微镜、电子背散射衍射、透射电子显微镜、显微硬度测试以及拉伸试验对焊缝的微观组织、力学性能和加工硬化行为进行研究。结果表明,纯铜FSW焊缝的晶粒细化机制主要为不连续动态再结晶、连续动态再结晶和孪晶诱导几何动态再结晶。快速冷却FSW纯铜焊缝呈现具有纳米孪晶和高位错密度的细晶结构,在加工硬化第Ⅲ阶段表现出较大的加工硬化率。在第Ⅳ阶段,纳米孪晶为位错增殖提供储存空间,使加工硬化率降低并改善塑性。和常规FSW相比,快速冷却FSW焊缝的屈服强度和断后伸长率分别提高了31.1%和25.7%。本文提出的液态CO₂同步快速冷却FSW工艺通过改善焊接热循环可在焊缝中制备异质细晶结构,有助于提高焊缝的屈服强度并使其表现出良好的强塑性匹配。