新型厚板铝合金MIG焊及搅拌摩擦焊接头组织和力学性能

采用金相组织观察、力学性能测试及对断口形貌进行观察,研究了20 mm厚的新型铝合金单丝熔化极惰性气体保护焊和搅拌摩擦焊接头性能,结果表明, FSW焊缝中心位置发生再结晶,使组织呈细小的等轴晶粒,热影响区由于受到热循环的作用晶粒长大,成为接头最薄弱区; MIG焊接头的熔合区受过冷度等因素的影响得到细小的晶粒组织,而中心处受热输入的影响导致晶粒粗大; FSW焊接头强度相比于MIG焊的提高了23.9%,通过拉伸试验发现焊接试样的断裂位置都发生在焊缝区域,通过扫描电镜观察发现断口都有明显的韧窝,说明断裂方式为韧性断裂。     

焊接速度对厚板5083铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

对厚度12 mm的5083铝合金板材进行搅拌摩擦焊对接试验,在旋转速度为600 r/min的条件下,对比研究焊接速度为100 mm/min和300 mm/min时的对接接头的宏观形貌及微观组织、力学性能、断裂形式的差异。结果表明,当焊速为100 mm/min时,洋葱环间距较小,焊接接头内无明显缺陷,力学性能接近母材,能获得质量较高的焊接接头,断裂位置发生在热影响区,模式为韧性断裂;当焊速为300 mm/min时,洋葱环间距较大,接头根部出现未焊合缺陷,严重降低接头力学性能,断裂位置发生在焊核区,断裂模式为韧-脆性混合断裂。     

搅拌头及工艺参数对厚板7050铝合金搅拌摩擦焊成形的影响

探索了搅拌头及工艺参数对7050铝合金搅拌摩擦焊接焊缝成形的影响.试验结果表明:搅拌头设计不合理及工艺参数选取不当都将导致焊缝成形不良.轴肩尺寸过大是导致焊缝出现隧道型孔洞的主要原因.工艺规范过强时,焊缝易产生飞边和隧道型孔洞等缺陷.在本试验条件下,采用Ⅲ号搅拌头、旋转速度300 r/min和焊接速度95 mm/min...     

Al-Zn-Mg铝合金厚板搅拌摩擦焊接头组织与分层性能

采用搅拌摩擦焊方法对14 mm厚Al-Zn-Mg铝合金进行对接焊接,研究了沿厚度方向分层切片的横向拉伸和应力腐蚀性能,揭示搅拌摩擦焊接头分层力学和腐蚀性能的不均匀性。研究结果表明,焊核区为细小的再结晶组织,焊核区从上表层到下表层晶粒尺寸逐渐减小;接头两侧的热影响区存在明显软化区;接头分层的抗拉强度波动较小,在315～330 MPa之间,断裂位置均位于前进侧的软化区;接头上、下表层在四点弯曲试验中均未发生腐蚀断裂,接头上、下表层热影响区的腐蚀敏感性最高;晶内析出相发生粗化和晶界析出相连续分布,是导致热影响区力学性能和耐蚀性能降低的根本原因。     

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.     

Al-Zn-Mg铝合金厚板搅拌摩擦焊接头组织与分层性能

采用搅拌摩擦焊方法对14 mm厚Al-Zn-Mg铝合金进行对接焊接,研究了沿厚度方向分层切片的横向拉伸和应力腐蚀性能,揭示搅拌摩擦焊接头分层力学和腐蚀性能的不均匀性。研究结果表明,焊核区为细小的再结晶组织,焊核区从上表层到下表层晶粒尺寸逐渐减小;接头两侧的热影响区存在明显软化区;接头分层的抗拉强度波动较小,在315～330 MPa之间,断裂位置均位于前进侧的软化区;接头上、下表层在四点弯曲试验中均未发生腐蚀断裂,接头上、下表层热影响区的腐蚀敏感性最高;晶内析出相发生粗化和晶界析出相连续分布,是导致热影响区力学性能和耐蚀性能降低的根本原因。     

2219铝合金厚板搅拌摩擦焊搅拌头结构参数优化

为探究搅拌头几何形貌对2219铝合金厚板搅拌摩擦焊核心区温度场的影响,基于ABAQUS/CEL建立了18 mm厚2219铝合金FSW三维过程仿真模型,应用有限元分析法对焊接过程进行仿真研究,得到了焊接核心区测温点实时温度循环曲线。利用自主研发的热电偶测温系统对焊接温度场相应测温点温度进行检测,经过对比可知,不同转速试验和仿真数据曲线变化趋势基本相同,验证了所建立的FSW过程仿真模型的有效性。探究了搅拌头结构参数对FSW过程核心温度场的影响规律,针对搅拌头的轴肩尺寸、搅拌针锥角、轴肩凹角、螺纹升角等结构尺寸设计了4因素3水平正交试验。结果表明,轴肩直径对核心区温差的影响最为显著,当搅拌头的轴肩尺寸为36 mm、搅拌针锥角为6°、轴肩凹角为2.5°、螺纹升角为11°时,搅拌头结构尺寸较为合理,核心区温差值较小。创新点： 探究了搅拌头几何形貌对搅拌摩擦焊核心区温度场的影响,实现了搅拌头的结构参数优化。     

Al-Zn-Mg-Cu铝合金厚板搅拌摩擦焊接头搅拌区微观组织

采用搅拌摩擦焊接(Friction stir welding, FSW)技术对20 mm厚Al-Zn-Mg-Cu铝合金板材进行了焊接,随后采用热电偶、电子背散射衍射技术和透射电镜等手段研究了接头的温度分布和搅拌区沿厚度方向微观组织的不均匀性。结果表明,焊接峰值温度沿板材厚度方向逐渐降低。距焊缝中心10 mm处,板材表面焊接峰值温度最高为430 ℃,板材底面峰值温度最低为302 ℃。温度梯度是导致晶粒尺寸沿厚度方向逐渐减小的主要原因,晶粒细化是连续动态再结晶、不连续动态再结晶和几何动态再结晶综合作用的结果。搅拌区晶粒没有明显的择优取向,且该区域的析出相发生溶解再析出,析出相主要为η′相。     

下压量对厚板7N01铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

对15 mm厚板7N01铝合金进行搅拌摩擦焊对接试验,焊后开展接头性能分析试验,研究下压量对7N01铝合金搅拌摩擦焊接头的静载拉伸性能、撕裂性能及疲劳强度的影响。研究结果表明,下压量对7N01铝合金搅拌摩擦焊接头静载强度和撕裂性能影响均不显著;随着下压量的增加,7N01铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳强度呈现上升趋势;下压量为1.0 mm时,15 mm厚板7N01铝合金FSW接头的综合性能最优。     

焊后热处理对高强铝合金搅拌摩擦焊接头的影响

对航空用厚5 mm的7075铝合金搅拌摩擦焊试样热处理前后的焊缝微观组织及性能进行研究.结果表明:当搅拌头旋转速度为600 r/min、焊接速度为60 mm/min时,接头抗拉强度达到381 MPa,是母材强度的84.6%;焊核区由6～7μm等轴晶组成;经热处理后接头抗拉强度达到415 MPa;硬度的最低处在前进侧热机影响区:断口的微观形貌具有强化相的韧窝特征,且断裂儿乎发生在前进侧的热机影响区;7075铝合金搅拌摩擦焊接头的薄弱点在热机影响区.     

搅拌摩擦焊工艺参数对2519厚板焊接性能的影响

采用搅拌摩擦焊方法对10mm厚的2519高强铝厚板进行了焊接，研究了该铝合金厚板的搅拌摩擦焊工艺参数对其焊接性能的影响。结果表明：在一定范围内，随着转速或焊速的增加，焊缝强度都呈现出先增加后减小的特征，在转速为2000r／min、焊速为150mm／min时，可获得较好的焊接接头，其抗拉强度达到最大值298MPa。焊逢的薄弱环节出现在热影响区与热机影响区的过渡区。     

7075厚板铝合金搅拌摩擦焊接头晶间腐蚀行为研究

对20 mm厚7075铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头沿板厚方向进行分层晶间腐蚀行为研究。借助光学显微镜及扫描电子显微镜分析了接头组织、第二相成分及分布、腐蚀深度及接头各区腐蚀形貌。结果表明:焊缝中心区腐蚀程度最轻,热机影响区(TMAZ)次之,热影响区(HAZ)腐蚀程度最严重;沿板厚向下,焊核区(NZ)腐蚀程度逐渐变大,TMAZ腐蚀程度先变大后减小,HAZ腐蚀程度逐渐减小;接头沿板厚方向晶粒大小和第二相粒子尺寸及分布存在差异,是造成沿板厚方向各区不同晶间腐蚀程度的主要原因。     

6061铝合金厚板搅拌摩擦焊接头组织与耐蚀性

采用搅拌摩擦焊对30 mm厚的6061铝合金进行了双面对接焊,分别采用金相显微镜、显微硬度仪和电化学工作站对焊接接头的组织、硬度和耐蚀性能进行观察、测量和研究。金相观察显示,双面搅拌摩擦焊焊缝前进侧与母材有明显的分界,后退侧分界模糊;焊核区呈均匀细小的等轴晶。硬度测试表明,搅拌摩擦焊接接头硬度呈“W”形特征分布,硬度最低值出现在前进侧热影响区。腐蚀试验表明,双面焊焊核重叠区腐蚀电流(2.396 3×10-5A/cm2)较大,一旦开始腐蚀,腐蚀速度很快,耐腐蚀能力相对较差。     

厚板铝合金搅拌摩擦焊接头显微组织与力学性能

对14 mm厚板铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头焊核区微观组织,整体和分层切片力学性能进行了研究.结果表明,当旋转速度为400 r/min,焊接速度为60-100 mm/min时,接头抗拉强度σb、屈服强度σ0.2和延伸率δ随焊速的升高而降低.焊缝分层切片的σb,σ0.2和δ上部最高,分别达到了186.7 MPa,100.3 MPa和14.1%;下部最低,分别为157.5 MPa,80.2 MPa和10.1%.微观断口中存在大量的网状韧窝,切片上部韧窝最深,焊缝根部可见沿晶界的二次裂纹和浅韧窝.显微硬度分布为焊缝上部高于下部,沿焊缝中心呈不对称分布.焊核区上部等轴再结晶晶粒尺寸大于焊缝下部.焊核区上部的第二相粒子相对下部更均匀和细小,强化作用增强.     

厚板铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能沿厚度方向的变化规律

通过分层法对30 mm厚7A05-T6铝合金搅拌摩擦焊接头焊核区不同位置的微观组织、力学性能进行了研究.结果表明,上表层附近的再结晶晶粒尺寸最大;当旋转频率为360 r/min,焊接速度为100 mm/min时,TI到T5层的抗拉强度分别为326,354,342,334和307 MPa,呈先高后低的趋势,且屈服强度和断后伸长率也呈一样的趋势;微观断口中存在大量的网状韧窝,其中分层切片T2上韧窝最深.显微硬度分布为焊缝上部高于下部,沿焊缝中心不对称分布.随厚度增加,轴肩产生的摩擦热自上到下不断降低,是造成中下部工件性能下降的主要原因.     

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.     

6061铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能

对厚度6 mm的6061铝合金进行了搅拌摩擦焊对接焊,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、拉伸试验机及电化学工作站等设备对焊接接头的金相组织、断口形貌、拉伸性能和腐蚀性能进行了测试和分析。结果表明,当焊接速度为80 mm/min、旋转速度在600～1 500 r/min之间时,焊接接头的外观良好,无明显缺陷。随着旋转速度的增加,焊核区晶粒呈现出先减小后增大的现象。当旋转速度为1 200 r/min时,焊核区的晶粒最细小,焊接接头的抗拉强度和断后伸长率最高,分别为168 MPa和14.7%,焊缝强度达到了母材的81.9%,焊接接头的断裂形式为以韧性断裂为主的韧-脆混合断裂模式。随着旋转速度增大,搅拌摩擦焊接头的耐腐蚀性能呈现先上升后下降的趋势,当搅拌头旋转速度为1 200 r/min时,焊接接头的耐腐蚀性能最好,其腐蚀电流密度最小为2.4×10^-5 A/cm²。     

6061铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能

对厚度6 mm的6061铝合金进行了搅拌摩擦焊对接焊,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、拉伸试验机及电化学工作站等设备对焊接接头的金相组织、断口形貌、拉伸性能和腐蚀性能进行了测试和分析。结果表明,当焊接速度为80 mm/min、旋转速度在600～1 500 r/min之间时,焊接接头的外观良好,无明显缺陷。随着旋转速度的增加,焊核区晶粒呈现出先减小后增大的现象。当旋转速度为1 200 r/min时,焊核区的晶粒最细小,焊接接头的抗拉强度和断后伸长率最高,分别为168 MPa和14.7%,焊缝强度达到了母材的81.9%,焊接接头的断裂形式为以韧性断裂为主的韧-脆混合断裂模式。随着旋转速度增大,搅拌摩擦焊接头的耐腐蚀性能呈现先上升后下降的趋势,当搅拌头旋转速度为1 200 r/min时,焊接接头的耐腐蚀性能最好,其腐蚀电流密度最小为2.4×10-5 A/cm2。创新点： 研究了旋转速度焊接工艺参数与搅拌摩擦焊焊接头耐腐蚀性能之间的关系。     

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.     

焊接参数对7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能的影响

使用搅拌摩擦焊(FSW)设备,采用不同搅拌针转速和焊速对厚6 mm的7075高强铝合金平板进行对接试验,并对不同焊接工艺下的接头进行微观组织观察和力学性能测试。研究结果表明:7075铝合金FSW接头由焊核区(WNZ)、热机影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)及母材区(BMZ)组成;随着搅拌针转速的增大,接头中焊核区的晶粒越大;随着焊速的增大,接头中焊核区晶粒越细小;不同工艺参数下的FSW接头显微硬度分布曲线都呈W形。随着转速的提高和焊速的减小,接头显微硬度升高,但波动范围较小;随着转速和焊速的提高,接头抗拉强度先降低后提高;转速为400 r/min,焊速为120 mm/min时,接头抗拉强度最高,为417 MPa,是厚6 mm的7075铝合金FSW最佳的工艺参数。