焊接速度对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头组织和力学性能的影响

采用不同的焊接速度对5 mm厚6082-T6铝合金板材进行搅拌摩擦焊接,考察焊接速度对接头宏观形貌、微观组织和力学性能的影响。结果表明,固定旋转速度为1200 r/min,焊接速度为40~200 mm/min时可获得无缺陷的接头,焊接速度提高到400 mm/min时在接头前进侧形成孔洞缺陷。焊核区发生了动态再结晶,形成细小的等轴晶粒。随着焊接速度的增大,焊核区平均晶粒尺寸减小,当焊接速度为200 mm/min时,焊核区平均晶粒尺寸为3.8μm。抗拉强度随着焊接速度的增大先增大后减小,当焊接速度为200 mm/min时,接头的抗拉强度达到最大值236 MPa,为母材的74.0%,断后伸长率为6.3%,断裂发生在后退侧热影响区,断裂机制为韧-脆混合型断裂。     

2024铝合金搅拌摩擦焊接头组织结构及力学性能

采用搅拌摩擦焊工艺实现3 mm厚的2024铝合金焊接,对接头搅拌区的组织结构及力学性能进行分析。研究表明,焊核区主要由再结晶和搅拌的双重影响而形成的细小等轴晶组织构成;热机影响区受焊核区剪切力及热循环的影响,晶粒大小不均匀并伴有晶粒变形的现象。力学性能分析表明,接头显微硬度分布特征与金相组织结构一致;当焊接速度为300 mm/min时,接头的抗拉强度达到294 MPa,为母材的69%,接头的断裂形式为韧窝和沿晶断裂特征的韧性和脆性断裂;接头的焊接残余应力以纵向应力为主,纵向残余应力峰值出现在前进侧轴肩作用的边缘处,焊接速度为300 mm/min时峰值达到164.5 MPa。     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头温度场及残余应力场的有限元模拟

根据搅拌摩擦焊特点及库伦摩擦做功理论,以厚度为6 mm的7075-T7351铝合金板材为研究对象,基于ANSYS有限元软件,建立了搅拌摩擦焊双热源三维有限元模型,研究不同转速、焊接速度对温度场及残余应力场的影响规律.结果表明,焊接过程峰值温度在500℃左右,接头最高温度出现在搅拌头后部大约5 mm处;接头残余应力以纵向残余应力为主,在垂直焊缝方向上呈M形分布,最大值约为150 MPa;当搅拌头转速一定时,随着焊接速度的增大,峰值温度减小,峰值纵向残余应力增大;当焊接速度一定时,温度随着转速的增大而增大,且转速越大,纵向残余应力分布越均匀.     

ZK60镁合金自持式搅拌摩擦焊工艺

采用直径为16 mm且表面刻有逆时针旋转的螺旋槽的轴肩,直径为6 mm的圆柱形光面搅拌针且沿长度方向加工三个对称平台的自持式搅拌摩擦焊搅拌头,成功进行了3 mm厚ZK60镁合金薄板自持式搅拌摩擦焊,研究了焊接参数对接头表面成形、缺陷的形成及力学性能的影响。研究结果表明,搅拌头旋转速度为600r/min不变,焊接速度较低时,接头上、下表面产生沟槽缺陷,增大焊接速度获得表面无缺陷的接头,过分增加焊接速度,在前进侧和后退侧分别形成线状缺陷和孔洞缺陷,接头的力学性能随焊接速度的增大线增大后减小;采用焊接速度为400 mm/min不变,采用较低的搅拌头旋转速度时,接头表面鱼鳞纹均匀、成形美观、接头表面和内部均无缺陷,旋转速度过分增大,鱼鳞纹粗糙,在前进侧和后退侧接头内部分别产生线状缺陷和孔洞缺陷,接头力学性能随搅拌头旋转速度增大而减小。接头最大的抗拉强度为270 MPa,断后伸长率为8. 92%,接头强度系数达到87%。     

基于复合搅拌摩擦焊的6063铝合金焊接接头残余应力控制研究

分别采用普通搅拌摩擦焊和带随焊旋转滚压装置及随焊水雾冷却装置的复合式搅拌摩擦焊对6063铝合金薄板进行焊接试验,并对两组试验的纵向残余应力数据进行对比分析。试验结果表明:普通搅拌摩擦焊接焊后试样的最大纵向残余应力是拉应力,其值为83.6 MPa,位于前进侧的搅拌头轴肩边缘处。前进侧与返回侧两侧的纵向残余应力基本对称,从焊缝中心到边缘,纵向残余应力由小变大后再变小,最后转变为压应力;复合搅拌摩擦焊接焊后试样的最大纵向残余应力比普通搅拌摩擦焊减小了38.9 MPa,其分布与普通搅拌摩擦焊时基本相同,但其变化范围窄。这说明随焊旋转滚压装置及随焊水雾冷却装置能有效减小纵向残余应力,从而能减小焊后变形,提高搅拌摩擦焊接接头质量。     

旋转速度对静止轴肩搅拌摩擦焊温度场和应力场的影响

针对3 mm厚的2024-T4铝合金,采用ABAQUS软件建立静止轴肩搅拌摩擦焊热源三维模型,分析2024-T4铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊温度场和应力场的有限元模拟,研究了恒定150 mm/min焊接速度下,旋转速度从800 mm/min到1 200 mm/min对焊接接头残余应力的影响。结果表明：常规搅拌摩擦焊焊缝横截面高温区域呈现碗状分布,而静止轴肩搅拌摩擦焊呈类似于搅拌针形貌分布。相比于常规搅拌摩擦焊,静止轴肩可以获得更窄的搅拌区宽度,并且有效降低焊缝中心的峰值温度。焊后垂直于焊缝区域的纵向残余应力呈现“M”形分布,随着搅拌头旋转速度的增大,两种工艺下的焊后残余应力均增大。此外,静止轴肩在焊接过程中对焊缝区域持续碾压,使得焊后试样的纵向残余应力峰值相比较于传统搅拌摩擦焊能降低45.6%。     

6061-T5铝合金水平补偿搅拌摩擦焊接头力学性能研究

采用水平补偿搅拌摩擦焊技术对4 mm厚6061-T5铝合金板进行焊接,设计了水平补偿搅拌摩擦焊对接接头结构,测试焊接接头的强度、延伸率和硬度,分析接头的断裂形式。结果表明,对于4 mm厚的6061-T5铝合金,在搅拌头旋转速度为1 500 r/min、搅拌头轴肩压入量为0.2 mm、补偿凸台高为0.3 mm的条件下,焊速为400 mm/min时可获得抗拉强度为227 MPa且弯曲性能良好的接头。焊接接头断口存在明显的分层,有韧性撕裂的痕迹。接头硬度大致呈"W"型分布,后退侧的硬度高于前进侧,显微硬度的最大值出现在接头后退侧。     

焊接工艺对30mm厚Q690钢板焊接残余应力的影响

为了得到焊接工艺对30 mm厚Q690钢板焊后残余应力分布及大小的影响,实施了不同工艺条件下的焊接试验,并通过盲孔法对试板焊后应力进行测定,得到了不同工艺条件下的焊接残余应力。结果表明,在焊缝区,横向应力为压应力,最大为569 MPa,纵向应力为拉应力,最大为57 MPa;在热影响区,横向应力为拉应力,最大为143 MPa,纵向应力由压应力逐步变为拉应力,最大拉应力为75 MPa。焊材和焊接热输入对接头残余应力有一定影响,其中,焊接热输入增加,残余应力也逐步变大。采用"X"形坡口可以改善焊接接头残余应力分布,残余应力多为压应力,但残余压应力的存在会降低接头的局部稳定性,需进行焊后热处理,以减小其不利影响。在实际生产中优选药芯焊材和热输入为20.8 k J/cm的焊接工艺。     

铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力测试分析

采用小孔法研究厚2 mm的6061-T5铝合金搅拌摩擦焊对接接头残余应力的分布规律,分别测量接头处垂直、平行于焊缝的残余应力,并进行了计算分析。结果显示,搅拌摩擦焊接头残余应力在焊缝及其附近区域无论是垂直还是在平行焊缝方向的均承受压应力,且随小孔深度的增加而增加。垂直和平行于焊缝方向的残余应力呈现出周期性分布,且它们在前进侧的周期相比于后退侧较小;残余应力在焊缝两侧呈不对称分布,后退侧应力值较高,其残余应力峰值出现在后退侧轴肩作用区域边缘处,其值分别为93 MPa和100 MPa。     

焊接工艺参数对6061-T6铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊组织及力学性能的影响

采用不同的压入量、旋转速度和焊接速度对6061-T6铝合金进行静止轴肩搅拌摩擦焊,研究了焊接工艺参数对接头组织及力学性能的影响。结果表明,所有试验参数下,焊缝表面光滑、几乎不产生飞边,焊接工艺参数能够影响材料的流动性,进而对接头成形、组织和力学性能产生影响。焊接工艺参数显著影响焊核区形态,当焊核区为球状,焊缝显微组织硬度呈W形对称分布;而当焊核区为碗状时,前进侧显微硬度略高于后退侧。在最优参数下,即压入量为0. 08 mm、旋转速度为1 600 r/min和焊接速度为500 mm/min,接头抗拉强度为224 MPa,达到母材的75. 6%。     

搅拌摩擦焊工艺参数对6005A/6082铝合金接头搭接界面形貌和性能的影响

对12 mm厚6005A-T6铝合金型材和6082-T6板材组合的对搭接接头进行了搅拌摩擦焊接,通过改变焊接转速和焊接速度,研究了搅拌摩擦焊工艺参数对接头搭接界面形貌和力学性能的影响规律。试验结果表明,焊接前进侧和后退侧的不同工艺设计选择对接头搭接界面形貌性能具有一定的影响。当焊接工艺参数匹配合理时,接头热输入量适当,获得成型良好、表面光滑、无隧道孔和沟槽缺陷的焊接接头。在一定范围内,选择型材侧为前进侧,在搅拌头旋转速度为750 r/min,焊接速度为250 mm/min工艺条件下接头强度为229 MPa,达到母材强度的73.9%。     

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.     

30 mm 7A05铝合金搅拌摩擦焊接头组织及力学性能

采用搅拌摩擦焊方法利用新型搅拌头对30 mm厚的7A05-T6铝合金进行了单道对接,焊后分析讨论了焊缝接头微观组织和力学性能.结果表明,接头焊核区发生动态再结晶,生成细小的等轴晶粒;焊缝两侧热力影响区受机械和热的双重作用,组织存在较大差异,前进侧为窄条状组织,后退侧为扁平状组织;热影响区晶粒粗化;在焊接30 mm板时,工艺参数范围较窄,旋转频率为360 r/min,焊接速度为100 mm/min时,可获得无缺陷、成形好的焊缝;接头抗拉强度为367.7 MPa、屈服强度为280.8 MPa、断后伸长率为14.4%高于母材,接头抗拉强度可达母材的95%.接头显微硬度的分布呈类似W形分布,热影响区软化趋势比较明显.     

6N01S-T5铝合金高速激光-MIG复合焊接工艺

针对高速列车侧墙6N01S-T5铝合金熔化焊时存在焊接变形大,接头软化严重等问题,提高激光-MIG复合焊的焊接速度降低热输入,并通过显微硬度、拉伸试验测试,结合金相及扫描电镜下的EDS分析,对比了高、低焊接速度两种工艺下接头力学性能及微观组织的差异;采用三坐标测量仪和X射线残余应力测试仪对试样焊接变形和残余应力进行测试分析.结果表明,当焊接速度达到4.8 m/min时焊缝仍能保证较好的成形;相比于0.6 m/min低速焊接,焊接效率大幅度提高,焊缝金属填充量减少68%,接头软化区宽度减小约60%;试件焊后变形及高应力分布区域变窄;焊缝组织细密,接头平均抗拉强度为207 MPa,达到母材强度的71%.     

冷喷涂对2219铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力与力学性能的影响

为了改善铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力与力学性能,在4 mm厚2219铝合金搅拌摩擦焊接头上表面进行冷喷涂试验,研究分析了冷喷涂前后接头残余应力与力学性能的变化. 结果表明,焊态接头纵向残余应力呈不对称“M”形分布,残余应力峰值位于前进侧靠轴肩附近;冷喷涂后,接头残余应力大幅度降低,残余应力峰值由186 MPa降低至43 MPa.涂层沉积厚度约200 μm,涂层与基体界面产生了较大的塑性变形,基体界面附近组织晶粒得以细化.由于冷喷涂过程的喷丸效应,接头上表面显微硬度平均提高了25 HV,作用深度约1 mm.接头拉伸性能也获得明显改善,抗拉强度提升6.3%,断后伸长率提升78.6%,焊态与冷喷涂态的拉伸试样均在接头前进侧的热影响区附近发生断裂,符合在低硬度区或弱结合面产生裂纹并扩展的弱区断裂的特征.     

LY12铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力分析

采用小孔法对不同焊接工艺参数下得到的LY12铝合金薄板搅拌摩擦焊对接接头的残余应力进行了测量和分析.为了消除孔边塑性变形对测量精度的影响,建立了三维有限元法模拟应变释放系数的测量试验,使用基于孔边形状改变比能的A,B系数修正法对盲孔释放系数进行修正.结果表明,接头残余应力呈不对称分布,前进侧应力高于返回侧;纵向残余应力总是高于横向残余应力,但是横向残余应力并非在零附近,而是有一定的大小,约为焊前母材强度的10.8%;在一定范围内,搅拌摩擦焊接头残余应力随旋转频率先增大后减小,随下压量和焊接速度的增加而增加.     

5083/6005A异种铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能

采用不同的工艺参数对5083-OT与6005A-T6铝合金进行搅拌摩擦焊焊接。通过金相分析、XRD分析、拉伸性能等方法，研究焊接速度、轴肩直径及搅拌头偏移量等参数对5083/6005A异种铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响。结果表明：5083/6005A异种铝合金搅拌摩擦焊界面无明显脆性金属间化合物生成；焊核区组织发生动态再结晶，形成细小的等轴晶组织；前进侧热机影响区受到的机械搅拌作用力大于后退侧，晶粒变形大于后退侧热机影响区；热影响区组织仅受到热循环的作用，晶粒有粗化现象；随着偏移量的增加，使得焊核区和后退侧热机影响区硬度值降低，最低值出现在6005A侧热影响区，其抗拉强度、屈服强度、延伸率均逐渐减小，当焊接速度为600 mm/min、轴肩直径为12 mm、偏移量为0 mm时接头性能最好：抗拉强度为245 MPa，屈服强度为165 MPa，延伸率为5.67%。     

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.     

工艺参数对Ti/Zn/Al异种金属搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

以3 mm厚2A14铝合金和TC4钛合金为对接材料,0.05 mm厚Zn薄片为中间层材料进行搅拌摩擦焊对接。研究了不同焊接参数对钛/铝异种金属搅拌摩擦焊对接接头宏观形貌、微观组织、力学性能的影响。结果表明:当焊接速度为75 mm/min,旋转速度为375~950 r/min,偏移量2.5 mm时,均可获得表面成形良好的焊接接头。但随着旋转速度的增加,焊缝表面粗糙度先减小后增大,而对接接头抗拉强度逐渐降低;当旋转速度为600 r/min,焊接速度从60mm/min增大到95 mm/min时,焊缝的飞边逐渐减少。当旋转速度为375 r/min,焊接速度为75 mm/min,偏移量2.5 mm时,抗拉强度达到最大值237.3 MPa,达铝合金母材抗拉强度的56.7%。     

5083铝合金的搅拌摩擦焊研究

采用搅拌摩擦焊焊接了5083-H111合金,并优化了焊接工艺,对优化工艺条件下的焊接接头进行组织观察和性能测试,结果表明:当采用主轴倾角2.5°、旋转速度600r/min、焊接速度300mm/min(ω/v=2)的工艺参数进行焊接时,焊接接头的拉伸性能较好,抗拉强度为310.71 MPa、屈服强度为211.09 MPa、延伸率5.96%,抗拉强度达到母材的84.54%,断裂发生在前进侧的热机影响区;焊核区组织为细小的等轴晶,晶粒度约为10级;焊接热输入导致焊接接头中存在一段软化区,距焊缝上表面1.5 mm、下表面1.5 mm处的软化区宽度分别为11 mm和7 mm,且后退侧的硬度低于前进侧。