7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头低周疲劳性能研究

对航空用5mm厚铝合金7050-T7451搅拌摩擦焊接头的低周疲劳性能进行了研究。在合适的焊接工艺参数及良好的焊接接头的基础上,进行了焊接接头的低周疲劳实验,得到了低周疲劳寿命表达式和应变-寿命曲线。用扫描电镜观察了疲劳断口的微观形貌并分析了疲劳断裂机理。结果表明：裂纹在接头底部启裂,沿前进侧热机影响区与焊核区的交界处扩展至断裂;试样在高应变下循环硬化和软化现象不明显;较低应变时有循环软化倾向。     

7050-T7451铝合金静轴肩搅拌摩擦焊接头组织与性能研究

采用SSFSW技术成功实现了7050-T7451高强铝合金的焊接。对该接头的外观形貌、显微组织、硬度分布及力学性能分别进行了试验研究。结果表明,与常规FSW相比,SSFSW的接头成形美观,表面光滑,焊缝无减薄现象;焊缝组织结构也有明显的不同,热影响区范围明显窄小,前进侧TMAZ只有60 μm;接头硬度呈典型的“W”形分布,最低硬度出现在靠近焊核的热影响区附近,显微硬度为128 HV;接头的抗拉强度为487 MPa,达到了母材的91%,力学性能良好。断裂发生在热影响区,为微孔聚集型断裂。     

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能与疲劳断裂

针对7xxx高强铝合金的焊接研究现状,主要从TIG,MIG,激光焊及激光−电弧复合焊4类熔化焊工艺进行了介绍;从焊接缺陷、焊缝成形、接头软化、疲劳性能及耐蚀性等方面详述了7xxx高强铝合金熔化焊过程中存在的问题。对于7xxx高强铝合金的TIG,MIG,激光焊及激光−电弧复合焊,焊接缺陷、焊缝成形质量差及接头中强化相熔解等因素都会导致接头发生软化、耐蚀性变差及疲劳寿命降低;通过优化焊接工艺参数,减少焊接缺陷,改善焊缝成形质量,有利于改善接头的软化、耐蚀性差及疲劳寿命低等问题。选用合适的焊丝（含Ti,Zr元素及Er,Sc稀土元素）使焊缝产生沉淀强化、细晶强化及固溶强化,可改善接头软化的问题;采用适当的焊后热处理,改善强化相的尺寸、形态及分布状态,也可改善接头软化的问题;而采用适当的焊后热处理,还可以改善接头的耐蚀性。

     

7050-T7451铝合金的搅拌摩擦焊接试验分析

在不同焊接参数下进行了7050-T7451铝合金的搅拌摩擦焊接试验,对接头显微组织进行了光学和TEM分析,并测试了接头的抗拉强度和硬度分布.焊接工艺参数通过影响接头微观组织和焊接缺陷来影响接头的力学性能,在转速800r/min和焊速200mm/min的情况下,接头的抗拉强度最高达到母材强度的88%.焊接热输入较高时,接头的拉伸断裂出现在热影响区,而热输入较低时,焊缝底部出现未焊合,接头从此处首先发生开裂.结果表明,焊核区发生了动态再结晶和沉淀相溶解;热影响区发生了沉淀相粗化,晶间出现无沉淀带.     

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊焊缝缺陷分析

采用搅拌摩擦焊方法对5 mm厚7050铝合金进行了焊接,利用光学金相对接头缺陷及其形成原因进行了分析.结果显示,在参数不当的情况下出现的缺陷有飞边、孔洞、沟槽以及未焊合四种:飞边由表层金属过度软化导致;孔洞的产生则是焊速/转速比过大,焊缝中、下部材料塑性流动不充分引起;而沟槽是由于焊具下压量不足时,表面材料流动不充分产生;未焊合发生在焊缝底部,其产生原因是焊接热输入不足,焊缝底部再结晶程度低使得原始对接面材料间没有融合而存留.其中未焊合为主要的焊接缺陷,会严重降低接头力学性能,改变接头拉伸时的断裂位置和断裂模式.     

7050铝合金搅拌摩擦焊接头超高周疲劳性能

采用超高周疲劳试验系统研究7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头的超高周疲劳性能. 试验结果表明,焊接接头在10⁷周次以上仍然会发生疲劳失效,S-N曲线在10⁸周次左右出现转折点,呈折线型下降;通过SEM对超高周疲劳断口形貌进行观察发现,当应力范围较高时,试件的疲劳裂纹往往在表面萌生,随着应力范围的降低,裂纹有亚表面和内部萌生的倾向;裂纹萌生位置取决于表面起裂和内部起裂相互竞争的结果;试件的断裂位置多为焊接接头的热力影响区和热影响区,EBSD和接头硬度的分析结果表明断裂位置与接头组织不均匀密切相关.     

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊组织及性能分析

在不同的焊接工艺参数下对8mm厚的7050-T7451锚合金板进行 了搅拌摩擦焊接实验通过对焊接接头组织的分析,发现焊核区晶粒为明显的细化再结晶等轴晶;热机影响区晶粒沿流线方向拉长且有细小沉淀相在晶界上析出;热影响区的组织发生了晶粒粗化.沿焊缝横截面的显微硬度分布呈高-低-高-低-高的趋势,硬度最低处位于后退侧的热影响区.实验结果表明,在旋转速度为375r/min、焊接速度为100mm/min时,可以获得较好的焊缝组织织,抗拉强度达到了 452MPa.     

6082-T6铝合金无减薄搅拌摩擦焊接头组织与性能

为解决传统搅拌摩擦焊接过程中的焊缝减薄问题,以轨道交通领域常用的6082-T6铝合金作为研究对象,从轴肩下压量为零的角度出发,通过轴肩端面圆形内凹槽及搅拌针周向螺纹复合三铣平面的设计,获得了无减薄且成形良好的焊接接头. 结果表明,当焊接速度一定时,转速的增加可提高焊接热输入,抑制焊缝缺陷的产生. 相较于转速400, 600 r/min下的接头可焊区间得到了有效拓宽,焊接速度最高可达400 mm/min;焊接过程的热循环受焊接速度与转速的耦合作用. 焊接热循环过大,焊缝易出现粗大组织,影响焊接接头的强度. 在转速600 r/min、焊接速度500 mm/min的参数下,接头抗拉强度达254 MPa,为母材强度的80%.     

6061铝合金搅拌摩擦焊接头性能研究

采用搅拌摩擦焊对6 mm厚6061-T6铝合金板在不同工艺参数下进行焊接。观察了接头的显微组织,研究了接头室温拉伸性能及晶间腐蚀性能,测试了接头腐蚀前后的显微硬度。结果表明:在搅拌头转速900r/min、焊接速度100 mm/min、焊后缓冷工艺下,可得到性能较好的接头,其抗拉强度可达到母材的74%。接头显微硬度呈现"W"型分布,存在明显的软化区,母材的硬度最高,热影响区的硬度最低。晶间腐蚀最严重的部位发生在焊核区,经腐蚀后接头硬度显著下降。     

7050铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀行为分析

7050高强铝合金被广泛应用于飞机的承力构件、火箭舱段、导弹、飞船等空间载荷承力结构的制备.航空航天飞行器服役环境恶劣（雷电、雨水、辐射、除冰液等）,对腐蚀性能特别是应力腐蚀开裂性能有较高的要求,然而高强铝合金FSW接头在特定服役环境下的接头性能数据包括腐蚀性能尚不完善.基于此,文中重点研究不同焊接热输入对接头腐蚀行为的影响.采用晶间腐蚀、四点弯曲应力腐蚀试验,选择不同的加载应力,揭示高强铝合金腐蚀行为.结果表明,高强铝合金应力腐蚀敏感性强,不论是优化焊接参数,还是改变热输入,单纯通过焊接过程本身控制很难改善应力腐蚀敏感性.     

滚动轧制对铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

采用自制滚动轧制头对5 mm厚铝合金7050搅拌摩擦焊接头的上表面及背面进行滚动轧制,并与其焊接态的接头作对比,研究了滚动轧制对焊接接头性能的影响. 结果表明,滚动轧制后接头表面的粗糙度由最大9.58 μm降低到平均约0.85 μm. 表层发生了剧烈的塑性变形,晶粒明显细化形成约200 μm厚的细晶层,亚表层晶粒细化程度降低,在焊核区伴有剪切带产生. 接头表层硬度明显提高,其平均硬度高达HV210,相比轧制前硬度HV110提高了91%. 接头表层残余应力由原来的拉应力转变为压应力,最大残余压应力场深度约为200 μm. 疲劳源由表层移至亚表层,疲劳寿命显著提高.     

Microstructure and mechanical properties of friction stir welded thin sheets of 2024-T4 aluminum alloy

Friction stir welding （FSW） is a new and promising welding processing that can produce low-cost and high-quality joints of aluminum alloys. 1 mm thick sheets of 2024-T4 aluminum alloys which are always used as building and decorating materials were welded by FSW. The microstructure and mechanical properties of fiiction stir welded 1 mm thick sheets of 2024-T4 aluminum alloy were studied. It was found that the thinner the 2024 aluminum alloy, the larger the FSW technological parameters field. The grains size of weld nugget zone （WNZ） is approximately 10 times smaller than that of the parent material, but the second phase in the material is not refined apparently in the welding. The FS welded joints have about 40% higher yield strength than the parent material, but the elongation of FS welded joints is under about 50% of the parent material. The electron backscattered diffraction （EBSD） results show that there are much more low angle boundaries （LAB） in WNZ than that in parent material, which indicates that FSW causes a number of sub-grain structures in WNZ, and this is also the reason of the increase of yield strength and Vickers hardness of the welded joint.     

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400 r/min、焊接速度180 mm/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.     

2219铝合金双主轴回抽式搅拌摩擦焊接头组织与力学性能分析

采用双主轴回抽式搅拌摩擦焊对2219铝合金板进行了焊接,分析了接头的微观组织和力学性能,探讨了搅拌针回抽速度对接头力学性能的影响.结果表明,焊缝平稳段上层试样断裂于前进侧热力影响区,靠近热影响区;平稳段下层试样断裂于焊缝中心的搅拌针端部搅动区;而回抽段焊缝断裂于后退侧热影响区,靠近热力影响区.焊接接头抗拉强度达到母材的70％,断后伸长率为80％以上;当回抽速度为6 mm/min时,断后伸长率最高.硬度最低值位于热力影响区和热影响区交界处.     

2024-T4铝合金搅拌摩擦焊搅拌区位错及组织性能

采用金相、显微硬度及透射分析方法对2024铝合金搅拌摩擦焊接头搅拌微区的组织性能和位错分布特征进行试验分析,基于位错分析深入了解各微区位错形成与接头组织结构与硬度变化之间的关系。研究表明,WNZ位错主要分布在晶粒内部,大部分是以位错缠结的形式存在,并伴随有大量的沉淀强化析出相Cu_2Mg;而在TMAZ区,大量的位错是以位错塞积的形式存在于晶界或晶粒内部;HAZ区域的位错多以位错塞积的形式存在于晶界附近,并伴随一些典型的Al Cu_3析出相。WNZ和TMAZ区中并未随晶粒细化而造成位错数量和类型的减少,这与FSW特殊的动态回复和动态再结晶过程有关,此外位错分布特征与接头微区硬度分布特征基本吻合。     

Effect of natural aging on microstructure and mechanical properties of friction stir welded 7050-T7451 joints

The microstructure and mechanical properties of friction stir welded 2.5 mm 7050-77451 aluminum alloy natural aging 72 h and 17 520 h were investigated,respectively.The uniaxial tensile test showed that yield strength,tensile strength and elongation of the joints 17 520 h natural aging were about 20%,12%and 24%higher than those joints natural aging72 h.Hardness profile of natural aging 17 520 h joint witnessed significant enhancement in nugget zone,compared with 72 h natural aging.Differential scanning calorimetry(DSC) and transmission electron microscopy(TEM) test revealed that more Guinier-Preston zone,η' and η phase emerged in nugget zone as natural aging duration increased,high density of dislocation located within grain boundary in nugget zone of joints natural aging 72 h.It is concluded that natural aging was feasible to enhance strength and plasticity of FSW joints simultaneously.     

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.     

6063铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头组织性能研究

进行了3 mm厚6063-T4铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接。结果表明,当搅拌头转速为600 r/min,焊速在100～300 mm/min的范围内,可获得表面成形美观、内部无缺陷的优质接头。在接头搅拌区内,上、中、下各层硬度分布较为均匀,在热机影响区及热影响区内,上、下层硬度值高于中间层。热机影响区靠近搅拌区的位置以及热机影响区与热影响区的交界处为接头的两个薄弱位置。随着焊接速度的增加,接头各区域硬度值以及抗拉强度有着先增大后减小的趋势,所得最优接头抗拉强度为174 MPa,达到母材的87%,断裂位置位于热影响区。