2219铝合金FSW-VPPA交叉焊缝组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊(FSW)和变极性等离子弧焊(VPPA),在2219铝合金6 mm板上沿着相互垂直的方向施焊以形成FSW-VPPA交叉焊缝.对交叉焊缝的组织形貌进行了观察分析,并对交叉焊缝和单一VPPA焊缝的拉伸力学性能及断口形貌进行了对比研究.结果表明,交叉焊缝微观组织呈现不对称、不均匀的特征,其焊缝区组织主要由α-Al基体和(α-Al+CuAl2)共晶组成,熔合区以及近熔合区的热影响区易于出现聚集性气孔;熔合区附近气孔发生率增加导致交叉接头抗拉强度及断后伸长率明显下降.     

2219铝合金FSW/VPPAW交叉焊缝气孔缺陷

以6mm厚2219铝合金板材为研究对象,在搅拌摩擦焊焊缝上表面,沿垂直于搅拌摩擦焊方向,进行变极性等离子弧对接立焊,获得十字交叉焊缝.重点研究了搅拌摩擦焊热输入量对交叉焊缝气孔敏感性的影响.结果表明,随着搅拌摩擦焊热输入量的提高,焊缝中气孔数目减少.该研究为后续交叉焊缝气孔产生机理和解决方案的研究奠定了基础.     

FSW线能量对2219铝合金FSW/VPPAW交叉接头缺陷的影响

6mm厚的2219铝合金经过搅拌摩擦焊后再进行变极性等离子焊接,获得交叉焊缝接头。本文以搅拌摩擦焊转速与焊速的比值ω/v表征搅拌摩擦焊的线能量,研究了不同搅拌摩擦焊线能量下对交叉接头气孔缺陷的影响。结果表明,随着搅拌摩擦焊线能量的提高,交叉接头处的气孔缺陷程度呈下降趋势。     

2219铝合金直流正极性A-TIG焊接技术

提出了一种用于2219铝合金焊接的新方法,焊前在待焊表面预先涂敷一层除气去膜活性剂,实现了2219铝合金的直流正极性焊接. 研究不同的活性剂浓度对2219铝合金直流正极性活性TIG焊(A-TIG)焊缝表面成形、气孔缺陷、微观组织以及力学性能的影响. 结果表明,当活性剂浓度为10%时可以获得无气孔缺陷、表面成形和力学性能良好的2219铝合金直流A-TIG焊缝. 与变极性TIG焊相比,焊接过程电弧稳定性好,热输入小,焊缝质量优异.     

2219铝合金无气孔直流A-TIG焊接技术

针对2219铝合金交流TIG焊气孔发生率高、钨极烧损严重的现状,采用自主研制的活性剂,实现了2219铝合金无气孔缺陷的直流正极性TIG焊,从根本上解决了钨极烧损问题,并研究了不同的活性剂浓度对2219铝合金直流A-TIG焊缝表面成形、气孔缺陷、微观组织以及力学性能的影响. 结果表明,当活性剂浓度为10%时可以获得无气孔缺陷、表面成形和力学性能良好的2219直流A-TIG焊缝. 与交流TIG焊相比,焊接过程电弧稳定性更好,热输入更小,焊缝质量更加优异.     

5083铝合金FSW/MIG交叉焊缝的气孔缺陷研究

对5 mm厚5083铝合金进行FSW/MIG交叉焊接试验,分析了MIG与FSW交叉焊缝不同区域的气孔大小与分布情况,以及该交叉焊接头的力学性能。结果表明,交叉焊缝中存在气孔缺陷,气孔多位于MIG焊道底部熔合线附近。MIG焊道与FSW热影响区交叉处的气孔较大,呈长条状。交叉焊缝显微维氏硬度并未出现明显下降,接头的平均屈服强度为147 MPa,平均抗拉强度为250.8 MPa。     

超声辅助搅拌摩擦焊2219铝合金接头的缺陷控制

为了研究超声的导入对FSW焊缝成型过程中缺陷的抑制作用,对2.5 mm 2219薄板铝合金进行常规搅拌摩擦焊(FSW)和超声辅助搅拌摩擦焊(UAFSW)试验,从焊接变形、孔洞缺陷、残余应力值以及显微组织等方面进行了对比分析。结果表明:在相同的焊接参数下,超声的加入能够使得焊缝成型更美观,有效抑制焊接变形,降低残余应力值,减少焊缝孔洞、疏松等缺陷,提高焊缝质量稳定性。     

MIG焊叠加对6A01-T5铝合金FSW焊接头组织及性能的影响

研究了MIG焊叠加对6A01-T5铝合金FSW焊接头组织及性能的影响. 结果表明, MIG/FSW叠加焊缝熔合良好,叠加位置未出现气孔等缺陷,FSW焊核区及热影响区组织发生粗化,叠加位置附近微观组织出现明显改变;叠加区域硬度明显降低,尤其是FSW焊缝热力影响区和热影响区. FSW、中心叠加、前进侧热力影响区叠加和后退侧热力影响区叠加MIG焊接头的抗拉强度分别为219.8, 188.0, 195.4和191.4 MPa,MIG焊叠加降低了接头的抗拉强度,断口均表现韧性断裂特征;FSW焊接头及带有MIG叠加焊缝余高的三种接头中值疲劳强度分别为76.7, 65.0, 67.5和65.0 MPa,MIG焊叠加也使FSW接头的疲劳性能有所下降.     

7xxx高强铝合金搅拌摩擦焊研究进展

针对7xxx高强铝合金的搅拌摩擦焊研究现状，主要从焊接缺陷、搅拌针形状的选择、接头软化、疲劳性能及耐蚀性等方面详述了7xxx高强铝合金焊接过程中存在的问题。对于7xxx高强铝合金的搅拌摩擦焊（FSW），焊接缺陷及焊缝成形质量差都会导致接头软化、疲劳寿命降低及耐蚀性变差等问题；优化FSW焊接工艺参数，减少焊接缺陷，改善焊缝成形质量，有利于降低接头软化程度、提高接头的疲劳寿命及耐蚀性；选择合适形状的搅拌针对7xxx高强铝合金进行FSW，有利于改善接头的力学性能；对FSW接头进行表面机械滚压处理和超声冲击处理，改善接头表面的应力状态，有利于改善接头的疲劳性能；对FSW接头进行适当的焊后热处理，改善接头中强化相的形态、分布状态及晶粒特征，有利于改善接头的耐蚀性。     

2219铝合金FSW接头低温力学性能研究

2219铝合金广泛应用于运载火箭推进剂贮箱中,但其气孔敏感性较强,而搅拌摩擦焊是固相连接技术,不仅可以降低2219铝合金的气孔敏感性,还可以提高其焊接接头强度系数,是适合于2219铝合金的焊接工艺。分析-183℃、-120℃下2219铝合金母材和FSW接头的力学性能和断口,并与室温下的力学性能和断口进行对比。结果表明:2219铝合金母材和FSW接头的低温力学性能优于室温。     

铝合金LB-VPPA复合热源焊焊缝成形机理

以Al-Zn系铝合金LB-VPPA（激光-变极性等离子弧）复合焊接焊缝成形机理为研究对象,分析了LB与VPPA耦合效应对复合热源特性及其焊缝成形的影响规律.结果表明,LB与VPPA相互耦合不仅提高了激光吸收率,在变极性等离子弧根部形成一烁亮区,并且在VPPA反极性期间此效应更为显著.适当减小VPPA电流幅值,增加离子气流量,匹配合适的激光功率,可获得总热输入小,穿透力更强的热源,从而能够克服单VPPA平焊位置不易形成穿孔熔池的难点.8 mm厚Al-Zn系铝合金LB-VPPA复合热源焊在I_z=115 A、I_f=155 A、离子气流量q=3.0 L/min、激光功率P=1 000 W时可获得良好的焊缝成形.     

高强铝合金VPPA-MIG复合焊接焊缝成形机理

VPPA-MIG复合焊集VPPA穿透力强和MIG焊熔敷效率高的优点,弥补了单VPPA焊工艺区间窄且需立焊和MIG焊熔深浅的不足. 使用Red Lake Y4高速摄像获取6 mm厚2A12铝合金VPPA-MIG复合焊接熔池图像,建立了熔池受力模型. 对比分析了复合热源不同能量配比对焊缝成形和熔池形貌的影响及VPPA-MIG与单MIG焊缝成形特点. 结果表明,VPPA-MIG复合热源相比单VPPA热源易保持焊缝成形稳定性. VPPA电流接近穿孔阈值时,配合较低功率MIG热源可以获得6 mm厚2A12铝合金良好焊缝成形;VPPA能量比例过低时,小孔较浅,熔化效率较低,不能起到增加熔深的作用;VPPA能量比例过大,易使熔池失稳,焊缝成形不良. 热源输入功率相同时,VPPA-MIG复合焊比MIG焊显著增加焊缝熔深和深宽比,提高生产效率.     

热源同轴辅助搅拌摩擦焊工艺特性分析

研究了激光同轴辅助搅拌摩擦焊中激光/搅拌摩擦焊的热量分配对不同系列铝合金焊缝成形、接头力学性能及显微组织的影响,并得到了相应的优化能量分配条件.结果表明,加入激光辅助热源可有效扩大工艺参数窗口,特别是流动性差的5A06和2219铝合金,焊接速度可提升30%以上.激光辅助热源对6061及5A06铝合金焊接接头性能影响较小,对2219铝合金搅拌摩擦焊接头的性能影响明显,焊接热输入增大后,接头性能下降,但总得来说,加入激光辅助热源能够在更小的焊接热输入下获得更高的接头性能.     

Developing an Empirical Relationship to Predict Tensile Strength of Friction Stir Welded AA2219 Aluminum Alloy

AA2219 aluminum alloy (Al-Cu-Mn alloy) has gathered wide acceptance in the fabrication of lightweight structures requiring a high strength-to-weight ratio and good corrosion resistance. Friction stir welding (FSW) process is an emerging solid state joining process in which the material that is being welded does not melt and recast. This process uses a nonconsumable tool to generate frictional heat in the abutting surfaces. The welding parameters such as tool rotational speed, welding speed, axial force, etc., and tool pin profile play a major role in deciding the joint strength. An attempt has been made to develop an empirical relationship between FSW variables to predict tensile strength of the friction stir welded AA2219 aluminum alloy. To obtain the desired strength, it is essential to have a complete control over the relevant process parameters to maximize the tensile strength on which the quality of a weldment is based. Therefore, it is very important to select and control the welding process parameter for obtaining maximum strength. To achieve this various prediction methods such as response surface method (RSM), analysis of variance (ANOVA), Student’s t-test, coefficient of determination, etc., can be applied to define the desired output variables through developing mathematical models to specify the relationship between the output parameters and input variables. Four factors, five levels central composite design have been used to minimize number of experimental conditions. The developed mathematical relationship can be effectively used to predict the tensile strength of FSW joints of AA2219 aluminum alloy at 95% confidence level.     

2A14铝合金变极性等离子横向焊缝成形特点

对6 mm厚2A14铝合金变极性等离子弧横向焊接的难点及焊接工艺参数的特点进行了研究,通过横向焊穿孔熔池受力分析,阐释了变极性等离子横向焊缝成形缺陷产生的原因.变极性等离子弧横向焊接的难点是焊缝正面和背面的咬边缺陷及焊缝上部(靠近熔合线)宏观气孔的聚集.稍小的焊接线能量有利于消除横向焊缝正面咬边缺陷,稍大的焊接线能量有利于消除焊缝背面咬边缺陷.分析认为变极性等离子横向焊缺陷的产生与穿孔熔池受力平衡及重力方向改变导致的流动密切相关.     

Impact of Friction Stir Welding (FSW) Process Parameters on Thermal Modeling and Heat Generation of Aluminum Alloy Joints

Friction stir welding(FSW)is a solid-state joining process,where joint properties largely depend on the amount of heat generation during the welding process.The objective of this paper was to develop a numerical thermomechanical model for FSW of aluminum–copper alloy AA2219 and analyze heat generation during the welding process.The thermomechanical model has been developed utilizing ANSYS~ APDL.The model was verified by comparing simulated temperature profile of three different weld schedules(i.e.,different combinations of weld parameters in real weld situations)from simulation with experimental results.Furthermore,the verified model was used to analyze the effect of different weld parameters on heat generation.Among all the weld parameters,the effect of rotational speed on heat generation is the highest.     

铝合金超声搅拌复合焊接

铝合金的搅拌摩擦焊（FSW）通常在焊接区形成上高下低”浅漏斗状”的温度场,使焊缝厚度方向的组织性能差异较大．为了得到更好的焊接效果,文中提出超声搅拌复合焊思想,将超声波通过搅拌头导入焊缝纵深处,以改善焊缝组织性能．试验采用2．5mm厚的2219铝合金分别用上述两种方法进行焊接,并对焊缝的微观组织和力学性能进行了分析比较...     

厚板铝合金搅拌摩擦焊接头不同状态微观组织与力学性能

对14 mm厚2219～O铝合金板进行了搅拌摩擦焊接,研究了无缺陷、有缺陷和经焊后热处理的接头分层切片的微观组织、力学性能和断裂方式.结果表明:无缺陷接头的抗拉强度σb和屈服强度σMM0.2分别从上部的160.8和96.8 MPa下降至底部的146和86 MPa;有缺陷接头的σb和σ0.2分别从上部的132.9和94 MPa下降至底部的126和78.8 MPa;经焊后热处理的试样中部的σb最高,达到243.8 MPa,而上部的σ0.2最高,为123.3 MPa;延伸率δ则依次升高,无缺陷,有缺陷和热处理后接头的δ分别由上部的6.7%,4.8%和7.5%升高至底部的10.1%,8.5%和14%.经焊后热处理的接头焊核区晶粒沿厚度方向更均匀和细小,力学性能明显提高,并以韧性断裂为主,显微硬度波动很小.对于有缺陷接头,焊接缺陷严重降低了接头的力学性能,主要以韧-脆混合方式断裂,各分层的显微硬度均低于无缺陷接头.