6061铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能研究

采用搅拌摩擦焊方法(FSW)对6 mm厚的6061-T4铝合金板材进行对接,焊后利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)分析、对比了焊接接头和母材的显微组织和断口形貌特征,并测试了其室温拉伸性能和显微硬度。实验结果表明:选择了适合于6061-T4铝合金板材搅拌摩擦焊的工艺参数:焊接时搅拌头旋转速度为1200 r.min-1,工件的进给速度为300 mm.min-1,在此参数下获得了与母材等强度、韧性接近于母材的焊接接头,为此种合金应用于汽车关键零部件提供了可靠的工艺方法。FSW板材接头焊核区的组织和性能明显优于其他区,热影响区是接头最薄弱的部分,焊核区的硬度最高,而热影响区的硬度最低,焊缝金属发生回复再结晶使晶粒细化。断口分析表明,断裂发生在热影响区,由于搅拌头的旋转运动和热量的累积,该区存在晶粒长大、组织粗化现象。对工艺参数的优化实验表明,搅拌头旋转速度与焊接速度对接头性能的影响存在一定的适配关系,通过工艺参数的调整可以有效地控制热影响区的焊缝组织和改善焊接接头的性能。细晶强化是搅拌摩擦焊接头强度与韧性提高的主要原因。     

转速、焊速对6061-T6铝合金搅拌摩擦焊性能的影响

对3 mm厚6061-T6铝合金板材的搅拌摩擦焊工艺进行试验研究,分析了在搅拌摩擦焊焊接过程中不同搅拌头转速、焊接速度对焊接接头力学性能和焊缝中"S"线缺陷的影响。研究结果表明,当搅拌头转速保持在1 200 r·min~(-1)时,焊接工艺窗口较宽;当焊接速度为700 mm·min~(-1)、搅拌头的旋转速度为1 200 r·min~(-1)时焊缝的强度最高,为251.608 MPa,焊缝强度达到了母材的81.16%。焊接过程中提高搅拌头的旋转速度、减小焊接速度能够减少焊缝中"S"线缺陷的产生。     

Al-Zn-Mg-Cu合金搅拌摩擦焊接头的显微组织与力学性能

采用光学显微镜、维氏硬度仪和拉伸试验机,研究了Al-6. 6Zn-1. 7Mg-0. 26Cu合金挤压材搅拌摩擦焊接头的显微组织和力学性能。结果表明,搅拌摩擦焊接头的焊缝组织为细小均匀的等轴晶粒,接头的硬度以焊缝为中心呈W形状对称分布,焊缝硬度值在107HV～115HV之间,从焊缝中到母材,硬度先下降再上升,回撤侧热影响区的硬度值最低为104HV,前进侧热影响区的硬度值最低为102HV。接头的抗拉强度为404. 3 MPa,屈服强度为265. 9MPa,延伸率为18. 1%,接头的焊接强度系数为0. 96。     

LY12铝合金搅拌摩擦焊接头的残余应力研究

搅拌摩擦焊(FSW)具有焊接工艺简单、焊接缺陷少等优点,可用于高强度铝合金的焊接。掌握搅拌摩擦焊接头的残余应力演化规律,对优化焊接工艺,延长工件使用寿命具有重要的研究价值和实际意义。本文采用LY12铝合金搅拌摩擦焊接头为研究对象,通过X射线衍射(XRD)对焊接接头进行残余应力测定。X射线衍射峰位置、强度和宽度变化的实验结果表明:主轴转速和焊接速度一定时,热影响区宏观残余应力大于焊缝区域,两个区域的纵向残余应力都大于横向残余应力,纵向应力和横向应力均以压应力为主,纵向残余应力峰值在热影响区为179 MPa。焊接速度一定时,随主轴转速升高,晶格畸变减小,焊缝区压应力先降低后增加,在热影响区不断增加,焊缝区111取向表现出先增加后减小趋势;主轴转速一定时,随焊接速度增加,晶格畸变加剧,焊缝区宏观残余应力增加,热影响区残余应力减小,焊缝区111取向强度减弱,但仍较200取向严重。     

7005-T6铝合金搅拌摩擦焊焊接工艺与接头组织性能研究

通过固定搅拌头旋转速度,改变焊接速度对8 mm厚7005-T6铝合金板材对接接头进行搅拌摩擦焊,分析了在搅拌摩擦焊过程中不同焊接速度对焊接接头力学性能、焊缝微观组织和硬度的影响.研究表明,当焊接速度在200～350 mm/min时,接头的抗拉强度先减小后增大,当焊接速度为350 mm/min时焊接接头抗拉强度最高.由于...     

厚板2195铝锂合金搅拌摩擦焊缝组织及性能研究

采用搅拌头转速800r/min、焊接速度150mm/min、搅拌头倾角2.5°的工艺参数焊接了10mm厚2195铝锂合金,并对接头组织及性能开展分析研究。结果表明:厚板2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头组织分为焊核区、热机影响区、热影响区及轴肩影响区四个区域,且焊核中心也有明显的"洋葱环"结构;接头抗拉强度及延伸率分别达到母材的70%与60%,力学性能良好;接头各区域受搅拌作用及热循环影响的不同,晶粒组织尺寸存在差异,焊核区硬度最低,热机影响区次之,母材区硬度最大;接头断口以等轴韧窝为主,属于典型韧性断裂。     

焊接旋转速度对搅拌摩擦焊接头性能的影响

以地铁侧墙产品(板厚3.5mm)为实验对象,考察在相同搅拌头、焊接速度、下压量的前提下,改变搅拌头的旋转速度对接头力学性能的影响.通过对焊后试件进行外观、低倍、拉伸、弯曲、硬度检测的实验数据进行对比,结果表明,在旋转速度为1400r/min时,其接头力学性能最佳.     

旋转速度对（WC+B4C）p/6063Al复合材料搅拌摩擦焊接头力学性能和微观组织的影响

搅拌摩擦焊的旋转速度对接头焊缝形貌、微观组织和力学性能均有较大的影响。采用搅拌摩擦焊方法对5 mm厚的(WC+B4C)p/6063Al复合材料进行焊接试验,固定焊接速度为100 mm.min-1,旋转速度分别为900,1100,1300和1500 r.min-1,焊后观察焊缝宏观形貌和各种缺陷,并对接头的微观组织和力学性能进行了分析。焊缝宏观缺陷研究结果表明,随着旋转速度的升高,焊接热输入量增大,金属流动性得到改善,飞边、沟槽等宏观缺陷显著增多,焊缝形貌越来越粗糙;接头微观组织研究表明,由于搅拌头的搅拌作用,相比于母材,在焊核区增强相颗粒分布更加均匀,更多增强相颗粒发生破碎,且随着旋转速度的增加,这种趋势增强。对接头的抗拉强度研究表明,在1300 r.min-1以内时,随着旋转速度增加,接头抗拉强度随之增加,最大值为166 MPa,进一步增加到1500 r.min-1时,强度又有所降低,为154 MPa。     

Al-6.6Zn-1.7Mg-0.26Cu合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能

采用光学显微镜、维氏硬度仪和拉伸试验机研究了Al-6.6Zn-1.7Mg-0.26Cu合金挤压材搅拌摩擦焊接头的显微组织和力学性能。结果表明:搅拌摩擦焊接头的焊缝组织为细小均匀的等轴晶粒,接头的硬度以焊缝为中心呈W形状对称分布,焊缝硬度值在107~115HV之间。从焊缝中到母材,硬度先下降再上升,回撤侧热影响区的硬度值最低为104HV,前进侧热影响区的硬度值最低为102HV。接头的抗拉强度为404.3 MPa,屈服强度为265.9MPa,延伸率为18.1%,接头的焊接强度系数为0.96。     

5083铝合金搅拌摩擦焊接头组织及力学性能研究

采用搅拌摩擦焊焊接5083铝合金,光学显微镜OM、透射电镜TEM对焊接接头进行金相分析,拉伸试验和硬度试验对焊接接头力学性能进行分析。结果表明,焊接接头焊核区为晶粒细小的等轴晶组织,热力影响区晶粒细小且沿剪切方向拉长,热影响区晶粒明显长大。其接头的力学性能显著优于传统的熔化焊,抗拉强度约为母材的90%,塑性与母材相当;硬度分布均匀,可达母材的90%。     

搅拌摩擦焊工艺参数对超薄铝合金板/高强钢搭接焊接头组织及性能的影响

采用复合式搅拌头对0.7 mm厚6010铝合金板和2.0 mm厚DP600钢板进行搅拌摩擦搭接焊,在不磨损搅拌头的同时获得了性能优良的焊接接头。研究了不同焊接工艺参数对铝合金/高强钢焊接接头界面结构及力学性能的影响。结果表明,在搅拌针未进入钢板的情况下,顶锻力是搅拌摩擦焊过程中的关键参数,存在一个实现铝合金/高强钢异种材料搅拌摩擦搭接焊的最小顶锻力。在恒定顶锻力5.0 kN,转速1 200 r/min的焊接条件下得到了最佳性能的焊接接头,拉伸强度达到260 MPa,且断裂发生在铝合金母材区。铝合金/高强钢界面存在一层厚2.0μm的过渡层。     

超细晶Cu/AI异种材料搅拌摩擦焊组织与性能研究

超细晶材料综合性能优异,但组织热稳定性较差,焊接后接头组织容易发生异常长大,使其性能急剧下降。因此,合适的连接工艺对大尺寸超细晶结构件的应用具有重要工程意义。以超细晶铜、粗晶铝以及粗晶铜、粗晶铝作为结构母材,采用热输入量小的搅拌摩擦焊（FSW）工艺进行连接探索,系统观察了铜铝接头组织与性能。结果表明,超细晶铜与铝接头界面处元素互扩散能力较强,形成较多的Al4Cu9 金属间化合物;在焊接过程中,当搅拌头转速为1000 r/min,焊接速度为50 mm/min时,粗晶铜与铝接头硬度可达HV 211,超细晶铜与铝焊接接头可获得良好的力学性能。     

轴肩直径对5083铝合金FSW接头腐蚀行为和力学性能的影响

对厚度为5 mm的5083铝合金板材进行单面对接搅拌摩擦焊接（FSW）,研究了不同轴肩直径（12,14和16 mm）对搅拌摩擦焊接头金相组织、耐蚀性能以及力学性能的影响。结果表明：随着轴肩直径的增加,焊核区晶粒尺寸逐渐增大,第二相尺寸也有所增加,且出现了不同程度的聚集,热机影响区晶粒尺寸的均匀性变差。从热影响区到焊缝中心,电极电位逐渐增加,焊核区的表面膜一直处于此消彼长的稳定状态,而热机影响区和热影响区的表面膜以溶解破裂为主。焊接接头的表层硬度曲线呈“W”型分布,硬度最低值出现在前进侧热影响区上。当搅拌头轴肩直径为14 mm时,焊核区晶粒尺寸细小,第二相尺寸均匀,接头表面的钝化区间较宽,腐蚀电流密度最小,表面膜稳定,耐蚀性能最好。对应接头的抗拉强度为288 MPa,断后伸长率为10.6%,焊接接头系数达到89.6%,接头的塑性和强度均达到最大值。     

挤压态6060-T5和铸态6061铝合金异种搅拌摩擦焊接头组织及力学性能研究

采用搅拌摩擦焊焊接挤压态6060-T5和铸态6061铝合金板材,在不同的焊接工艺下,对焊接接头的微观组织及力学性能进行研究。结果表明：焊接速度过快会在焊接表面形成少许毛刺,影响表面质量,但焊接接头均没有明显缺陷,焊核区微观组织还能得到显著细化。焊接接头硬度略低于同种铝合金焊接接头硬度,且受两种材料混合影响,焊核区硬度值波动较大。接头抗拉强度随着焊接速度的增大而提高,且均保留了较好的拉伸变形能力,断裂方式是韧-脆混合型。     

镁合金搅拌摩擦焊接技术

对5mm厚镁合金AZ31B板材的摩擦焊接技术进行了试验研究，结果表明：适合其板材的搅拌摩擦焊接的搅拌头，材料为W6MoSCr4V2高速钢，结构为凹面圆台形，根部直径5．5mm，端部直径为2．5mm，轴肩尺寸为12mm，长度为4．7mm。镁合金搅拌摩擦焊接头的抗拉强度可达母材的90％，延伸率可达母材的50％。搅拌摩擦焊接头焊合区为动态再结晶组织，在接头前进边焊合区与母材有明显的分界线，返回边过渡区有金属微熔的迹象。     

KR搅拌脱硫工艺的动力学研究

通过对搅拌罐液面、搅拌罐内液体微元及搅拌头功率进行分析,研究了搅拌头转速、搅拌桨直径的合理范围和搅拌桨的转速与搅拌桨直径之间的关系。结果表明:由于搅拌罐液面上升高度的限制,搅拌头转速上限值为127r/min;搅拌罐直径应低于搅拌桨直径的3倍;功率一定时,搅拌桨直径的5次方与搅拌桨转速的3次方的乘积为定值。     

LF21薄板搅拌摩擦焊工艺研究及微观组织分析

采用搅拌摩擦焊接方法对厚度为1．5mm的LF21薄板铝合金板在进行焊接试验,首次提出搅拌头旋转速度为5000r／min时的焊接工艺,实验结果表明：在焊接速度为70～105mm／min,压入量适中,并采用喷气冷却,可以获得较好的焊接接头,抗拉强度达到最大值111．530MPa。焊缝中存在3个组织变化区,其中焊核区内是细小均匀的等轴晶,焊缝两侧热机影响区组织存在较大差异,热影响区组织发生了回复、再结晶和粗化。     

焊接速度对机器人搅拌摩擦焊AA7B04铝合金接头组织和力学性能的影响

针对熔化焊在焊接AA7B04铝合金时易在焊缝中出现孔洞等缺陷,且接头性能下降明显、焊后变形大,以及采用铆接等机械连接方式会增加连接件的重量等问题,采用集成了搅拌摩擦焊末端执行器的KUKA Titan机器人对2 mm厚AA7B04高强铝合金进行了焊接,在转速为800 r·min-1的条件下,研究了焊度对焊接过程中搅拌头3个方向的受力F_x、F_y和F_z的影响.研究发现,F_z受焊速的影响显著,随焊速的增加而降低.利用光学显微镜、透射电子显微镜、拉伸试验、三点弯曲试验和硬度测试等方法,研究了不同焊速下AA7B04铝合金接头的微观组织和力学性能.结果表明:当焊速为100 mm·min-1时,接头的抗拉强度最高为447 MPa,可达母材的80%,且所有接头的正弯和背弯180°均无裂纹;接头横截面的硬度分布呈W型,硬度最低点出现在热力影响区和焊核区的交界处,焊速不同会导致不同的焊接热循环,且随着焊速的增加接头的硬度随之增加;焊核区组织发生了动态再结晶,生成了细小的等轴晶粒,前进侧和后退侧热力影响区的晶粒均发生了明显的变形;前进侧热影响区析出η'相,后退侧热影响区因温度较高析出η'相和尺寸较大的η相.      

铝合金氧化膜厚度对搅拌摩擦焊接接头组织和性能的影响

对表面氧化膜厚度不同的6005A-T4铝合金挤压板材进行搅拌摩擦焊接,观察接头宏观形貌、显微组织,并测试拉伸力学性能,研究氧化膜厚度对焊接后接头组织和力学性能的影响。试验结果表明:在搅拌头转速1 200 r·min-1和焊速750 mm·min-1时,可获得质量良好的接头;通过表面处理改变母材焊接前氧化膜厚度,由自然状态下5μm增至30μm,可使焊接接头抗拉强度由194.9 MPa下降至177.1 MPa,接头强度系数由82.56%下降到72.38%,说明氧化膜厚度对接头强度有极大影响;通过对接头处断口进行扫描电子显微镜和能谱分析,确定S曲线中"黑色物质"主要成分为Al2O3,而且大量氧化物颗粒形成的弱连接是导致接头抗拉强度下降的主要原因。     

镁合金搅拌摩擦焊的研究现状与展望

镁合金具有密度低、比强度高、导热性好等显著优点,在汽车、轨道交通和兵器等行业中的应用前景非常广阔,而传统的铆接和熔化焊等连接方法质量较差,从而限制了其应用。作为有色金属"焊接专家"的搅拌摩擦焊,相比传统的连接方法有着不可比拟的优势,因此镁合金搅拌摩擦焊已经引起国内外学者的广泛重视。介绍了搅拌摩擦焊的基本原理和接头质量影响因素,详细总结了国内外镁合金搅拌摩擦焊在微观组织、力学性能和塑性流动方面的研究现状,指出了国内外学者已取得的研究成果和不足,点明了焊接接头力学性能的检测标准和材料的真实流动还需进一步地研究与探讨,最后在异种材料的焊接、搅拌头的优化设计和数值模拟等方面对镁合金搅拌摩擦焊的发展前景进行了展望。