铜/钢异种金属搅拌摩擦焊搭接工艺

采用SKD61模具钢搅拌头对2 mm厚铜/钢异种金属进行搅拌摩擦焊搭接,分析了搭接接头微观组织和力学性能. 结果表明,当搅拌针与钢母材直接接触时,随焊接过程的进行搅拌针不断磨损甚至发生断裂. 焊核区前进侧出现流线区域,在搭接界面结合处形成机械冶金结合. 显微硬度测试显示,铜侧焊核区硬度最高,在搭接界面处硬度分布呈中间高两边低的趋势,接头厚度方向搭接界面处硬度最高. 形成良好结合的搭接接头在拉剪试验中断裂于铜侧热影响区,拉伸断口存在大量韧窝,呈典型韧性断裂模式.     

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.     

2219-T87铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊方法对8mm厚2219-T87铝合金进行了焊接.对接头的宏观形貌、微观组织、显微硬度及断口形貌进行了分析.结果表明,焊核区为细小的等轴晶粒,晶粒尺寸远小于母材;热机影响区发生了弯曲变形;热影响区组织出现了明显粗化.前进边热机影响区和焊核区形成明显分界线,后退边相对模糊.搅拌摩擦焊对接头各区域沉淀相分布形态有重要影响.接头室温拉伸强度可以达到母材的70%以上.沿焊缝横截面的显微硬度的分布显示,硬度最低点位于后退侧热影响区区域,断裂位置位于后退侧热影响区处,接头的断裂形式为韧性断裂.     

5052铝合金FSW接头组织和力学性能

采用搅拌摩擦焊焊接8 mm厚5052-O铝合金,并对焊接接头进行了显微组织观察和力学性能测试。结果表明:接头组织左右不对称,前进侧与母材分界线较明显,后退侧与母材分界线较模糊;焊接接头抗拉强度平均值为193.5 MPa,接头强度可达母材的99%,伸长率可达母材的84%;焊接接头正弯角和背弯角均可达到180°,弯曲性能良好;焊核区显微硬度约为72 HV,略高于母材,硬度最低点出现在前进侧熔合过渡区。     

35mm厚板铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能

采用搅拌摩擦焊双面焊工艺,对35 mm厚板6005A-T6铝合金型材进行了搅拌摩擦焊接,获得成形良好、表面光滑、无隧道孔和沟槽缺陷的焊接接头.应用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪及电子拉伸试验机等对搅拌摩擦焊接头组织与性能进行研究.结果表明,接头焊核区组织为细小等轴晶;前进侧出现明显的螺旋纹及清晰的结合线,热力影响区晶粒被明显拉长呈条状组织,热影响区受热晶粒粗大;后退侧未见螺旋纹,晶粒比前进侧细小,过渡区较前进侧宽.在搅拌头旋转频率为650 r/min,焊接速度为200 mm/min工艺条件下接头抗拉强度为213 MPa,达到母材强度的84.8%,断裂起始于焊缝前进侧的热影响区,扩展至双面焊接重合区时,沿着焊缝后退侧热影响区直至断裂;接头显微硬度最低值出现在前进侧热影响区,最低值为50 HV.     

异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头的显微组织与硬度研究

采用搅拌摩擦焊对异种铝合金6061-T6(上板)和A356-T6(下板)进行搭接焊,用体式和光学显微镜观察搭接接头的组织形貌,并测试其显微硬度.结果表明:在适当的工艺参数条件下,可以获得表面成形良好、内部无明显缺陷的搭接接头.在焊核区,两板间存在明显的界面,且位置较原位置整体上移,前进侧界面处呈锯齿状,界面由两种铝合金组织交替镶嵌而成,而后退侧界面则呈曲线状.两板均呈现典型的搅拌摩擦焊接头组织:焊核区由细小的等轴晶组成,而热影响区组织与母材相似,晶粒有细微粗化,热机影响区晶粒被拉长、弯曲,有明显的塑性流动.两板焊缝区显微硬度比各自母材均有不同程度的降低,且上板6061-T6降低幅度较大,焊后最大硬度约为母材的65%.     

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。     

厚板铝合金搭接搅拌摩擦焊组织及力学性能分析

对15.0 mm厚7N01铝合金进行了搭接搅拌摩擦焊连接,对搭接接头进行了显微组织、显微硬度、抗剪以及疲劳性能测试。研究结果表明,采用搅拌针长度为17 mm的搅拌头搭接接头抗剪性能最佳,抗剪强度为245MPa;搭接接头微观组织与对接接头相比并无较大差异,但在结合面处形成了"虎克缺陷"和"冷搭缺陷";搭接接头在摩擦热的作用下形成了一定的软化区,位于前进侧和后退侧的热影响区;焊核区的硬度在厚度方向上存在一定的差异性;当N=1×10~6次时,7N01(15.0 mm)铝合金搭接搅拌摩擦焊接头的条件疲劳极限为54.85 MPa,为母材的40.4%。     

7050-T7451铝合金FSW焊接接头组织及性能

针对6.4 mm厚的7050铝合金,采用搅拌摩擦焊(FSW)进行焊接试验,观察焊接接头的显微组织,并测定其力学性能。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,热影响区组织稍有粗化现象,前进侧和后退侧的热机影响区组织均较焊核区的组织粗大;焊接接头显微硬度分布呈现出"W"形变化,焊核顶部、中部、底部3个部分的硬度总体上都呈现出"高-低-高-低-高"的分布趋势;焊接接头的平均抗拉强度为435MPa,达到了母材抗拉强度的89%,断裂位置均发生于焊接热影响区及热机影响区的过渡区,焊接接头的断裂模式为韧性+脆性的混合断裂。     

AZ80镁合金搅拌摩擦焊缝硬度性能分析

AZ80镁合金搅拌摩擦焊成形时,接头组织承受摩擦受热、升温及降温.探讨了接头不同区域由于受热程度不同、冷却速度不同,产生组织晶粒大小不同,显微硬度不同.结果显示:焊核区在接头中硬度最低,而下部焊核在中心焊核中,硬度最高,晶粒最小;热机影响区硬度大于焊核区,相应组织较粗大及母材挤压成形流线影响仍大;热影响区硬度更接近母材,组织接近母材,受挤压形成的织构强化、应变硬化仍存在;前进侧硬度比后退侧的小,前进侧的组织比后退侧的组织粗大.     

铜与不锈钢搅拌摩擦焊搭接接头的显微组织

采用搅拌摩擦焊方法实现T2紫铜和不锈钢异种金属的焊接,得到外观成形良好、变形小的搭接接头。通过金相、能谱扫描分析焊接接头组织。结果表明:紫铜-不锈钢搭接接头后退侧塑性较好的紫铜金属材料从上往下流动形成层状流线,在焊缝交界处与塑性较差的不锈钢金属材料形成具有模糊界线的区域组织;焊核区上表面组织为细小的等轴晶,紫铜侧组织由于受高温时间较长,为粗大的等轴晶,钢侧组织受搅拌针端部作用形成再结晶晶粒,交界处出现涡流交迭形状;前进侧有两种组织形貌,即铜基混合条带和钢基混合条带;紫铜-不锈钢异种材料焊接时在不锈钢侧存在搅拌头磨损后脱落的元素成分。     

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。     

7003-T7铝合金的搅拌摩擦焊接头组织与性能

采用金相显微镜、布氏硬度计和万能试验机等手段,实验研究7003-T7铝合金的搅拌摩擦焊焊接接头的组织与性能。实验结果表明:搅拌摩擦焊焊接接头组织焊核区和热机影响区前进侧分界明显,后退侧相对模糊。由于焊接搅拌针机械搅拌的作用,使焊核区表现为细小的等轴晶组织,其晶粒尺寸小于8μm。焊接接头组织中,母材的硬度值为HB97,焊核区的硬度值为HB110,热影响区最低处的硬度值为HB84,焊接接头性能系数为86%。     

6061铝合金厚板搅拌摩擦焊接头组织与耐蚀性

采用搅拌摩擦焊对30 mm厚的6061铝合金进行了双面对接焊,分别采用金相显微镜、显微硬度仪和电化学工作站对焊接接头的组织、硬度和耐蚀性能进行观察、测量和研究。金相观察显示,双面搅拌摩擦焊焊缝前进侧与母材有明显的分界,后退侧分界模糊;焊核区呈均匀细小的等轴晶。硬度测试表明,搅拌摩擦焊接接头硬度呈"W"形特征分布,硬度最低值出现在前进侧热影响区。腐蚀试验表明,双面焊焊核重叠区腐蚀电流(2.396 3×10~(-5)A/cm~2)较大,一旦开始腐蚀,腐蚀速度很快,耐腐蚀能力相对较差。     

铝-锂合金搅拌摩擦焊焊缝显微分析

针对某新型铝-锂合金搅拌摩擦焊接头进行了宏观、微观金相组织分析以及显微硬度试验和分析。试验结果表明,焊核区是由等轴细小的再结晶晶粒组成,轴肩影响区的晶粒形貌同焊核区的类似,只是晶粒尺寸略大一些,热机影响区呈现狭长、弯曲的晶粒组织,左右两侧形貌不对称,热影响区晶粒形状与母材的类似,但较母材的粗大。焊接接头硬度值基本成W型分布,硬度最大值接近母材平均硬度值的90%,出现在焊缝上部的轴肩影响区处,并且焊缝上部的硬度水平要比下部的高。最小值出现在热影响区,达到了母材硬度值的70%以上。另外,焊核区硬度较高的,达到了母材的83%以上,同时后退侧的硬度要比前进侧的高。     

5A06铝合金搅拌摩擦焊工艺

对5A06铝合金进行搅拌摩擦焊(FSW),使用光学显微镜观察焊接接头不同区域的微观组织;用维氏硬度计测试焊接接头的硬度分布情况。结果表明：焊接接头受搅拌针的搅拌及轴肩产热作用表现出不同的流动和组织特征,可将其划分为4个区域,从两侧的基体到焊缝中心分别是母材区(BM)、热影响区(HAZ)、热机影响区(TMAZ)和焊核区(NZ);母材区的组织经过轧制处理呈现出拉长、粗大的现象;热影响区处晶粒受焊接热循环影响,晶粒尺寸与母材处相比有所长大,晶界也明显粗化;热机影响区组织的晶粒受机械搅拌的程度不同,由远及近呈现出由大到小的分布;焊核区的组织为细小的等轴晶,且焊缝底部的晶粒比顶部的晶粒细小;在前进侧,热机影响区与焊核区的分界线清晰,过渡区域狭窄;而在后退侧,热机影响区与焊核区的分界模糊,金属塑性流动性较差,过渡区域较宽;焊缝硬度沿横截面呈n形分布,前进侧硬度比后退侧高。     

轴肩尺寸对异种铝合金材料搅拌摩擦焊接头显微组织的影响规律

对5083铝/6082铝异种材料搅拌摩擦焊（friction stir welding,FSW）进行研究,重点分析轴肩直径对横截面形貌、显微组织与显微硬度的影响规律.结果表明,FSW接头焊核区由致密细小的等轴晶组成;增加轴肩直径可增加焊核区沿垂直焊缝方向的宽度以及增大焊核区、热影响区与热力影响区的晶粒尺寸.与后退侧的6082铝合金不同,前进侧5083铝合金的热力影响区发生了动态再结晶.显微硬度呈W形分布,最小值出现在热影响区.显微硬度的测试结果与焊核区的横截面形貌结果吻合.     

7N01铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能分析

通过7N01铝合金板材上下板等厚全平面三层搭接搅拌摩擦焊焊接，试验不同长度的搅拌头对接头的影响. 结果表明,搅拌头的形状与长度直接影响力学性能的稳定性，结构为“锥形”右旋螺旋槽、搅拌头长度为16 mm时焊接接头的力学性能性对比较稳定而且较优. 通过对接头断面形貌及硬度进行分析，得出焊核和热力影响区的分界线在前进侧和后退侧明显不同，焊核区是受到热循环和机械作用影响最严重的区域，组织变化程度最大，是合金元素过度饱和区域，晶粒得以细化，材料力学性能得到进一步提高，形成“峰值”硬度.     

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.     

机械轻量化用轻合金的FSSW接头组织与性能

采用搅拌摩擦点焊进行了机械轻量化用Mg-8Al-1Zn-0.2Nd-0.1V新型轻合金的搭接焊试验,测试和分析接头的显微组织、物相组成、硬度分布和力学性能。结果表明,与母材相比,FSSW接头焊核区只发现α-Mg基体而未发现Mg17Al12相,FSSW接头焊核区硬度与母材相当,硬度最低值位于前进侧热影响区;接头系数达到90%。