外加磁场对镁合金焊缝组织与裂纹影响机制的研究

以AZ31B镁合金为研究对象,采用TIG焊接方法,研究了外加纵向磁场对镁合金焊缝成形、焊缝组织及其焊接裂纹的影响规律.研究表明:在外加脉冲交变纵向磁场作用下,镁合金焊缝的熔宽增大,熔深减小,焊缝晶粒细化,析出相增加并呈弥散化分布状况;外加磁场影响了镁合金的焊缝成形和显微硬度,能够控制镁合金焊缝组织、减少镁合金焊缝热裂纹的产生,改善镁合金焊缝的性能.     

电磁搅拌对AZ91合金TIG焊接头性能的影响

为了提高镁合金焊接性,外加横向直流磁场下对厚度为5mm的AZ91镁合金板进行TIG焊.通过对其不同磁场电流下所得焊接试样进行抗拉强度和硬度试验,以及焊缝区金相组织分析,系统地研究了磁场电流对焊接接头力学性能和微观组织的影响.结果表明,通过外加横向磁场对熔池进行搅拌,可以使焊缝晶粒得到细化,进而使其抗拉强度和硬度等力学性能得到改善;当磁场电流Im=1.5A时,焊接接头的力学性能达到最大值,此时焊缝硬度85.27 HV,抗拉强度为325.2MPa.     

AZ91镁合金TIG焊接接头组织性能的磁场控制

将外加纵向交流磁场引入到5mm厚AZ91镁合金板的TIG接焊中,研究磁场电流对其焊接接头力学性能和微观组织的影响.结果表明,外加纵向磁场通过旋转电弧对熔池进行搅拌,可以使焊缝晶粒得到细化,进而使焊接接头的抗拉强度和硬度等力学性能得到改善;当磁场电流Im=1A时,焊接接头的力学性能达到最大值,此时焊缝硬度为88.09 HV,接头抗拉强度为269.3 MPa.     

外加交流磁场对AZ31+1%Ce+1%Sb镁合金TIG焊的影响

采用组织分析和性能检测的方法.研究了外加纵向交流磁场对镁合金TIG焊电弧形态及焊缝质量的影响.结果表明:交流纵向磁场可促使焊接电弧周期性旋转,有利于焊缝成形.磁场的电磁搅拌作用使得焊缝晶粒细化和组织均匀细小,焊接接头的焊缝区和热影响区显微硬度均高于母材,抗拉强度为220MPa,达到母材的88%,断裂发生在焊缝区,属于剪切断裂.     

Co基堆焊合金力学性能的磁场控制

将直流纵向磁场引入等离子弧钴基合金堆焊过程中,研究了磁场强度和焊接电流对堆焊层硬度和耐磨性的影响,并对磁场作用机理进行理论研究分析。结果表明:磁场强度应和焊接电流配合使用;适当的外加磁场不仅可以细化堆焊层金属组织的晶粒,而且由磁场产生的电磁搅拌能够提高堆焊层金属的硬度,使堆焊层的耐磨性也显著增强,从而提高堆焊层金属的综合力学性能。     

外加磁场对钴基堆焊合金耐磨性能的影响

对低碳钢表面进行钴基等离子弧堆焊时外加纵向磁场,发现当磁场强度和焊接工艺参数相匹配时,焊缝组织才能获得最佳的细化效果,并着重分析了磁场强度和焊接电流对钴基合金堆焊层硬度和耐磨性的影响.结果表明,引入适当的外加磁场不仅可以细化堆焊层金属组织的晶粒,而且能够改善堆焊层金属的硬度和耐磨性,从而提高堆焊层金属的综合力学性能.     

外加磁场对镁合金TIG焊电弧形态及焊缝质量的影响

采用组织分析和性能检测的方法，研究了外加纵向直流磁场对镁合金TIG焊电弧形态和焊缝质量的影响。结果表明：磁场可稳定电弧并促使其收缩、旋转，从而使焊接热量集中，熔池搅拌均匀。焊缝由均匀细小且沿一定方向生长的等轴晶组成，其组织为α-Mg和点状β-Mg17Al12相的混合体。焊缝平均显微硬度达到64．1HV0．1，抗拉强度达到210MPa，是母材的84％，比未加磁场时提高了14％。     

磁场参数对镁合金焊接接头力学性能的影响

在对5 mm厚的AZ31镁合金板进行TIG焊过程中,施加纵向交流变频磁场.试验过程中调节磁场参数对试样进行抗拉和硬度试验,采用扫描电子显微镜及光学金相显微镜对试样的焊缝进行显微组织和断口分析,研究磁场参数对AZ31镁合金接头组织和力学性能的影响规律,并对磁场作用机理进行研究.结果表明,外加纵向磁场可以促使电弧旋转对熔池进行搅拌,改变晶粒结晶过程,使焊缝中晶粒组织得到细化,进而使焊接接头的抗拉强度和硬度等性能得到改善;当磁场电流为2 A,频率为20 Hz时,焊缝的力学性能达到最佳值,此时硬度为76.2 HV,抗拉强度为231 MPa.     

磁场电流对TA2钛合金焊接接头组织和性能的影响

将纵向磁场引入到钛合金的非熔化极钨极氩弧焊(TIG)中,焊接过程中调节磁场电流的大小,通过对不同磁场电流下焊接接头进行相应的拉伸试验、硬度试验和显微组织分析,探究磁场电流对焊接接头的力学性能和显微组织的作用规律。结果表明:外加磁场可以提升焊接接头的综合性能,当磁场电流为6 A、频率为20 Hz时,焊接接头的力学性能达到了最佳值,此时抗拉强度为452.6 MPa,伸长率为29.84%,硬度为351 HV,焊缝显微组织的细化最明显。     

磁场电流对固溶处理AZ91焊接接头组织和性能的影响

对AZ91镁板进行钨极氩弧焊（TIG）过程中,外加纵向交流磁场,并在焊后进行固溶处理,对焊接接头固溶处理后的组织性能进行了分析。结果表明,经固溶处理后,焊缝中第二相基本消失,焊缝组织由大量的单相α-Mg构成。随着磁场电流的增加,焊缝区的晶粒尺寸先减小后增大,焊接接头的显微硬度、抗拉强度、塑性和耐电化学腐蚀性先增大后减小。当磁场电流为1.5 A时,晶粒尺寸最小,接头力学性能和耐蚀性最好。     

铝合金TIG焊非承载角焊缝十字接头疲劳强度的研究

对LF21铝合金非承载角焊缝TIG焊十字接头在应和比R=0及R=0.5的条件下进行了疲劳试验。结果表明：TIG焊铝合金焊接接头的疲劳强度与其它焊接方法获得的相同接头的疲劳强度相当,试图采用更高级别的S-N曲线进行应持慎重态度;LF21铝合金非承载角焊缝十字接头的疲劳性能对平均应力较为敏感。     

机车用防锈铝氩弧焊工艺性能研究

采用钨极氩弧焊和脉冲熔化极氩弧焊,分别对LF21和LF6这2种铝合金材料进行焊接,并就焊接接头的抗拉强度、弯曲性能等进行了对比试验,同时,通过对焊缝进行的X射线探伤和金相试验,揭示了焊缝中气孔的分布特点及种类,进而为防锈铝合金材料应用于机车的生产制造提供可靠的理论和工艺依据。     

夹具约束对铝合金薄板焊接变形的影响

采用热弹塑性有限元技术对不同夹具拘束情况下铝合金薄板焊接过程进行了数值模拟,并利用脉冲氩弧焊接工艺、不同的夹具布置形式,研究了厚度为5 mm铝合金薄板构件的挠曲变形.结果表明,冷却过程中夹具对焊缝附近的塑性变形区的收缩等效于反向拉伸,可减小纵向残余塑性应变,因此利用夹具的拘束作用可以控制和减小铝合金薄板焊接残余应力和变形,但夹具对焊缝及附近区域的拘束程度不同,控制焊接变形的效果也不同.采用合理的夹具布置可以将薄板的纵向残余挠度控制在1 mm左右.     

纵向直流磁场对铝铜熔钎焊接头组织和性能的影响

采用TIG焊进行铝铜异种材料熔钎焊对接试验,通过添加Zn-2%Al药芯焊丝调控焊缝成分,并施加纵向直流磁场调控界面组织,接头力学性能显著提高. 结果表明,相比于无磁场,在纵向直流磁场的作用下,Cu侧IMC层的形状、厚度和化合物种类均发生变化:平均厚度明显变薄,由32.8 μm降至14.6 μm;形状由平直变为弯曲,起到“机械咬合”作用;Cu侧IMC层Al_4.2Cu_3.2Zn_0.7三元化合物的出现抑制了硬脆的AlCu与Al₂Cu化合物的生长,接头性能升高. 添加直流磁场后,接头抗拉强度均比无磁场时高,且接头抗拉强度随着磁场强度的增加呈现先增大后减小的趋势. 当焊接电流I = 95 A,焊接电压U = 16 V,焊接速度v = 140 mm/min,磁场强度B = 10 mT时,接头抗拉强度最高,达到110.8 MPa,比无磁场升高了约24%.     

铝合金薄板焊接应力三维有限元模拟

采用热弹塑性有限元方法,对铝合金薄板脉冲TIG焊接接头的焊接应力进行了三维数值模拟,考虑材料性能随温度的变化,对焊接残余应力进行测量.结果表明,铝合金薄板中的焊接应力产生、发展很快,加热结束后不久应力便趋于稳定.热源前缘和两侧区域存在数值很高的纵向和横向动态压应力,焊缝中心的纵向残余拉应力低于母材的屈服强度,距焊缝中心10 mm处的最大纵向残余拉应力达到母材的屈服强度,并且拉应力区较宽,远离焊缝区域的纵向残余压应力数值较大,因此铝合金薄板焊接结构易发生动态和焊后失稳,横截面上纵向残余应力的数值模拟结果与实测结果基本一致.     

TIG焊工艺参数对LY12CZ接头性能的影响

针对LY12铝合金焊接接头强度下降的问题，采用交流TIG焊方法，通过试验改变TIG焊工艺参数，并测试其抗拉强度和硬度，研究焊接工艺与接头强度之间的关系。     

LF6/LD10铝合金搅拌摩擦焊工艺参数对接头性能的影响

通过LF6/LD10铝合金搅拌摩擦焊(FSW)的工艺试验研究,分析了工艺参数对其接头性能的影响。结果表明,当搅拌头的旋转速度值较低时,提高焊接速度有利于提高接头的抗拉强度值。当旋转速度值较高时,提高焊接速度对接头性能的影响不大。焊接速度较低时,改变旋转速度对于接头的力学性能影响不大;焊接速度较高时,提高旋转速度将会降低接头的力学性能。其它参数相同的条件下,材料所处的位置对接头拉伸性能的影响不大。其它条件相同,在焊接速度和旋转速度都较低时,使用无螺纹的搅拌头所得到的接头性能要优于带有螺纹的搅拌头施焊所得接头的性能;在焊接速度和旋转速度都较高时,搅拌针上的螺纹对于接头的力学性能的影响不大。     

Ar-Ar变动送气条件下5A03铝合金TIG焊焊缝组织和性能

5A03铝合金在传统TIG焊接过程中,焊缝易存在强度低、晶粒粗大的问题. 为了改善5A03铝合金焊缝性能,在传统TIG焊接方法的基础上,改变保护气的送给方式,针对板厚为2.5 mm的5A03铝合金板进行对接焊接试验. 焊后分别对焊缝进行拉伸试验、断口形貌分析、偏振光电子显微镜和扫描电镜的观察及电化学分析. 结果表明,与传统焊获得的焊缝相比,1 Hz变动送气TIG焊所获得的焊缝抗拉强度提高了18.5 MPa,提升强度约为传统焊缝强度的10%,两种焊缝的断裂形式均为塑性断裂. 对比焊缝晶粒尺寸发现,1 Hz变动送气条件下获得的焊缝晶粒更加细小,并且β相Al₈Mg₅在铝基体上呈现弥散形态分布;电化学结果分析表明,变动送气TIG焊焊缝自腐蚀电流密度增大,容抗弧半径减小,自腐蚀电位负移0.04 V,传统焊焊缝的耐蚀性较好.     

考虑铝合金接头软化的焊接变形及残余应力预测方法

针对铝合金焊接接头的软化问题,通过采用合理材料模型对该问题进行了描述,并在此基础上开发了相应的热-弹-塑性有限元计算方法来预测铝合金薄板的焊接变形和残余应力.以TIG重熔铝合金薄板为例,模拟分析了焊接过程中的温度场、残余应力和焊接变形.同时,采用试验方法测量了焊件的挠曲变形.结果表明,考虑软化现象的有限元数值计算结果与试验测量结果更吻合,验证了提出材料模型和所开发的有限元计算方法的有效性;对于接头软化较为明显的铝合金材料,进行焊接残余应力的数值模拟时有必要建立反映接头软化的材料模型.