铝合金T形接头静止轴肩搅拌摩擦焊接及组织性能分析

成功实现了2219C10S铝合金T形接头的静止轴肩搅拌摩擦焊接,焊缝表面光滑平整,无明显减薄.从基板背部进行的超声相控阵检测结果表明,基板与肋板对合面全部焊透,接头内部无超标缺陷.接头横截面宏观金相可以观察到2个以肋板中心线对称分布的焊缝轮廓,单侧焊缝轮廓均超过了肋板中心线.接头横截面显微硬度分布趋势呈独特的“U”形,焊核区显微硬度最低.T形接头两个方向的拉伸试样起裂点位于“拉伸方向板材与接头R₁圆角的相切处”,但拉断试样断裂面的横穿区域存在较大差异,这也是沿肋板方向的抗拉强度比沿基板方向低20 MPa的主要原因.     

6061-T6铝合金的静止轴肩搅拌摩擦焊工艺及组织性能

采用自主研制的静止轴肩搅拌摩擦焊工具系统成功获得了6061-T6铝合金的对接接头. 对该接头的焊缝成形、显微组织、硬度分布以及拉伸性能分别进行了试验研究. 结果表明,SSFSW工艺所得6061-T6铝合金接头具有非常美观的焊缝成形,与常规的FSW工艺相比,几乎没有出现焊缝减薄的现象;焊缝组织分区也有明显的不同,TMAZ非常窄,只有几百微米;接头的硬度呈"W"形分布;在转速1 000 r/min,焊速为200 mm/min时,接头的抗拉强度和断后伸长率达到最大,分别为母材的71.5%和44.6%;拉伸试样均断裂在热影响区,它是接头发生断裂的最薄弱区域.     

铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊组织非均质性对接头力学性能的影响

对6061-T6铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊(stationary shoulder friction stir welded, SSFSW)接头组织非均质性与力学性能的相互影响进行了定量分析. 结果表明,SSFSW焊接接头存在明显的组织非均质性,表现在晶粒尺寸及形状、沉淀相种类及分布形态不同,其中沉淀相析出不同是影响力学性能差异的主要因素. 由于组织非均质性导致紧邻焊核区的热影响区软化严重,其硬度和抗拉强度在接头区域最低,分别为母材的60%和72%,为接头最薄弱部分. 由于沉淀强化和晶粒细化效应,焊核区的强度与塑性最好,而抗拉强度和断后伸长率分别达到母材的88%和215%. 随着与焊核区距离的增加,热影响区抗拉强度和屈服强度逐渐增加,断后伸长率不断降低.     

静止轴肩搅拌摩擦焊的研究进展

综述了静止轴肩搅拌摩擦焊的研究进展,主要涉及静止轴肩搅拌摩擦焊的基本原理以及高转速、常规转速和角焊缝的静止轴肩搅拌摩擦焊等内容.高旋转频率的静止轴肩搅拌摩擦焊在降低焊接载荷的同时,能够减小、甚至消除飞边和孔洞缺陷.常规旋转频率的静止轴肩搅拌摩擦焊可获得沿板厚方向更均匀的焊缝组织,适合于热导率差的钛合金的焊接.设计与两侧板面完全贴合的静止轴肩,以角焊缝的形式实现T形接头的焊接,拓宽了搅拌摩擦焊的应用范围.无论是高旋转频率、常规旋转频率还是角焊缝的静止轴肩搅拌摩擦焊,都存在搅拌头的磨损和过热问题,尚需开展深入、系统的研究.     

静止轴肩搅拌摩擦焊T型接头组织及力学行为

介绍了静止轴肩搅拌摩擦焊(SSFSW)原理,通过优化焊接工艺,实现了T型接头搅拌摩擦焊.采用金相、拉伸和探伤试验对接头进行性能检测.试验表明,当焊接旋转速度为1 400 ～2 200 r/min、焊接速度30～50 mm/min时,能够获得表面成形美观的焊接接头;着色和X射线无损检测表明,内部无明显缺陷;金相试验表明,与常规FSW相比,SSFSW具有典型的FSW微观结构组织形貌,但焊核区洋葱环呈扁平状;拉伸试验表明,SSFSW接头系数能达到母材的65％以上,断裂发生在焊接热影响区.     

超声对不同铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

利用自行研制的超声搅拌摩擦焊机分别对2219,7A52,LF21铝合金进行了常规搅拌摩擦焊和超声搅拌摩擦焊两种不同焊接的试验,并对常规搅拌摩擦焊与超声搅拌摩擦焊焊缝的微观组织、拉伸断口形貌进行了对比分析.结果表明,超声搅拌摩擦焊与常规搅拌摩擦焊相比热影响区几乎消失;超声搅拌摩擦焊焊缝焊核区组织比常规搅拌摩擦焊焊核区组织晶粒更加细小;断口扫描电镜图显示母材断口韧窝具有非等轴状待征,韧窝边上撕裂棱明显表明为韧性断裂;超声搅拌摩擦焊断口韧窝撕裂棱不明显;超声搅拌摩擦焊比常规搅拌摩擦焊的平均抗拉强度有所提高,但断后伸长率有所降低.     

静轴肩辅助铝镁搅拌摩擦搭接接头的组织与性能

文中将静止轴肩技术应用到铝镁异种合金的搅拌摩擦搭接过程中,并分析了焊接速度对接头成形和力学性能的影响.结果表明,静止轴肩能够增强上下板之间的材料交换,焊后搅拌区呈较大的洋葱环形貌,其内部分布大量的金属间化合物;搭接面处发生良好的冶金结合.由于生成金属间化合物,洋葱环区域的显微硬度值明显高于接头其它区域.X射线衍射结果表明,金属间化合物的主要成分是Al₃Mg₂和Al₁₂Mg₁₇.接头的抗拉强度随着焊接速度的增加呈先上升后下降的趋势,最大值在焊接速度为40 mm/min时取得.     

轴肩下压量对搅拌摩擦焊搭接接头力学性能的影响

采用表面为右螺纹圆柱型搅拌针的搅拌头对3mm厚LY12铝合金进行了搅拌摩擦焊搭接试验,研究了轴肩下压量对接头界面迁移和搭接接头力学性能的影响.结果表明,随轴肩下压量增大,焊缝两侧的搭接界面均向下迁移,其迁移量随下压量的增加而增加,焊缝返回侧的界面迁移量大于前进侧.控制轴肩下压量,当轴肩下压量合适时,焊缝两侧的界面仅发生较小的迁移.当焊缝两侧的界面仅发生较小的迁移量时,搭接接头有较高的抗剪强度,且断裂都发生在上板,呈正断.焊缝两侧的搭接界面向下迁移时,断裂都发生在下板,接头抗剪强度随界面迁移高度的增加而减小,且受拉侧在下板前进侧时,接头的抗剪强度较受拉侧在下板返回侧时的高.     

旋转速度对铝合金搅拌摩擦焊接头弯曲性能的影响

对2219-T6铝合金进行搅拌摩擦焊接(FSW),并采用三点弯曲试验方法评价接头的弯曲性能和用扫描电镜观察接头的弯曲断口形貌。结果表明:正弯时拉应力作用于FSW焊缝上表面,压应力作用于下表面,表现出较好的塑性变形;背弯时受力相反,下表面中心线出现裂纹并沿焊核区与热机影响区之间的过渡区扩展。无缺陷FSW接头的最大弯曲力Fbb和抗弯强度σbb最大值分别为3.6 k N、503 MPa,以韧性断裂方式为主;而有缺陷FSW接头的Fbb和σbb分别仅为2.5 k N、395 MPa,以准解理断裂方式为主。     

Microstructure and mechanical behaviour of pinless friction stir spot welded AA2198 joints

In this study, pinless friction stir spot welding of 1.8 mm thick 2198-T8 aluminium–lithium alloy plates was carried out. The change of the angle between the nugget edge and the surface, and the relationship between this angle and joint mechanical property were analysed. The results show that the angle increases rapidly initially and then approaches 45°, which is due to the extrusion of nugget material and its flow along the surrounding ‘cold’ metal during welding. The tensile strength is determined by the nugget edge angle and hook defect. Tensile loads reach a higher value when the nugget edge angle approaches 45° but have a slight decrease with the hook angle changing from obtuse to acute. The maximum tensile/shear strength could be 8.57 kN at the rotation speed of 1500 rev min^??1 and the dwell time of 12 s.     

6005A铝合金搅拌摩擦焊接头的晶间腐蚀行为

对6005A铝合金搅拌摩擦焊接头的晶间腐蚀行为进行了研究.结果表明,母材的晶间腐蚀倾向最大,热影响区(HAZ)次之,焊核区(NZ)和热力影响区(TMAZ)的晶间腐蚀倾向最低.结合场发射扫描电镜、高分辨透射电镜分析解释了接头不同区域的腐蚀行为:母材的晶间腐蚀是两组微电池效应的结果,即晶界析出相/沉淀无析出带(PFZ)和铝基体/PFZ;HAZ内晶界析出相的数量的减少、间距的变大及晶内Q'相的析出显著改善了该区的晶间腐蚀性,但晶内Q'相的析出也引起了点蚀的发生;NZ和TMAZ内绝大部分的合金元素固溶于基体,抑制了晶间腐蚀的发生.     

Effect of pin rotating speed on lap shear strength of stationary shoulder friction stir lap welded 6005A-T6 aluminum alloy

Stationary shoulder friction stir lap welding (SSFSLW) was successfully used to weld 6005A-T6 aluminum alloy in this paper.Effect of pin rotating speed on cross section morphologies and lap shear strength of the SSFSLW joints were mainly discussed.Results show that joints without flash and shoulder marks can be obtained by the stationary shoulder.Cross section of the SSFSLW joint presents a basin-like morphology and little material loss.By increasing the rotating speed from 1 000 rpm to 1 600 rpm,both effective sheet thickness and lap width increase,while lap shear failure load firstly decreases and then increases.The maximum failure load of 14.05 kN is attained when 1 000 rpm is used.All SSFSLW joints present shear fracture mode.     

LF2铝合金搅拌摩擦焊接接头的组织与性能

对10 mm厚LF2铝合金搅拌摩擦焊接进行了研究.结果表明:焊接厚板时,为防止出现隧道型缺陷,须在较低的焊速和转速下进行.当焊速为9 mm/min,转速为950 r/mln,焊接输入能量为6 230 W时,接头强度值最高,其值与母材强度值相等.接头处由平均尺寸约为15 μm的均匀细小的晶粒组成;热影响区平均晶粒尺寸较大,其最大值约为28 μm;热机械影响区内组织细长,局部区域最大长度可达到85 μm.焊核区平均硬度与母材相当,中心最高硬度可达HV95,近缝区硬度低于母材硬度.     

工艺参数对2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

文中采用不同搅拌摩擦焊工艺对2195铝锂合金的可焊性进行了研究.结果表明,接头抗拉强度随旋转频率的提高先增后减,随焊接速度的提高先增后减.当旋转频率为600 r/min、焊接速度为200 mm/min时,接头抗拉强度最高,为432.8 MPa,是母材强度的77.3%.接头区域的硬度低于母材.热影响区内临近HAZ/TMAZ界面的区域是整个接头中软化程度最大的区域.根据热输入的变化,断裂方式可以分为两种:模式1:断裂发生在热影响区,呈现塑性断裂特征,断口特征为等轴韧窝;模式2:断裂发生在焊核区,断裂方式为韧-脆混合型断裂.     

铜板搅拌摩擦焊接头金相组织及力学性能

通过大量试验分析，在优化了铜板搅拌摩擦焊接工艺的基础上，分析了铜板搅拌摩擦焊接头的组织、性能及其与工艺参数的关系。研究表明：工业纯铜具有良好的搅拌摩擦焊接性能，优化工艺可获得超强于母材的搅拌摩擦焊接接头。焊合区金属在热力耦合作用下发生塑性变形，造成大量晶粒破碎，破碎的晶粒发生动态再结晶，热力影响区组织可以分成再结晶区、不完全再结晶区和动态回复区。     

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.     

T形接头角接静轴肩搅拌摩擦焊三维流动特征

在T形接头横截面方向预置0.1 mm铜箔作为示踪材料，进行了角接静轴肩搅拌摩擦焊，焊后对T形接头角焊缝进行X-ray 2D透射和X-ray 3D扫描，得到了角焊缝示踪材料的2D流场和3D流场. 在前进侧热塑性材料主要以摩擦剪切为主，材料流动主要向焊接方向流动，并流向前进侧后方，后退侧材料主要以挤压为主，由于T接搅拌针螺纹的存在，使得材料整体向后退侧下方流动. 同时发现，在T接静轴肩后沿附近下方存在示踪材料"堆积区"，表明T接静轴肩对附近的材料塑性流动存在一定的阻碍作用. 根据所获得的观察结果，建立了T形接头角焊缝的三维流动主要特征模型.     

搅拌头旋转频率对静止轴肩搅拌摩擦焊接头力学性能的影响规律

利用自行设计的静止轴肩装置对6005A-T6铝合金进行了静止轴肩搅拌摩擦焊的试验研究.结果表明,当焊接速度为200 mm/min时,表面光滑且无缺陷的焊接接头抗拉强度与断后伸长率随着搅拌头旋转频率的增加呈现先增加后减小的趋势;焊接接头的正背弯180°无裂纹;当旋转频率为1800 r/min时,抗拉强度达到最大值234 MPa,接头强度系数达到79%.静止轴肩搅拌摩擦焊接头的显微维氏硬度呈W形分布,最小值出现在前进侧的热影响区;接头的软化程度随搅拌头旋转频率的增加而增加.焊接接头的断裂位置位于热力影响区,断口呈韧性断裂.     

Fatigue behavior of friction stir spot welded AZ31 Mg alloy sheet joints

The fatigue behavior of friction stir spot welded (FSSW) AZ31 magnesium alloy sheet joints was investigated by tension–compression of fatigue test. The results suggest that all the fatigue failures occur at the stir zone of the FSSW AZ31 sheet joints, and all cracks initiate at the stir zone outer edge between the upper and lower sheet. When the cycle force equals 1 kN, the crack propagates along the interface of heat-affected zone and thermo-mechanical zone, simultaneously across the direction of force; while the cycle force equals 3 kN, the crack propagates along the diameter of stir zone and shear failure occurs finally. Moreover, the transverse microsections indicate that there is a tongue-like region at the outer edge of stir zone between the two AZ31 sheets, and the direction of tongue-like region is toward outside of the stirred zone and all fatigue cracks initiate at the tongue-like region.