柱形光头搅拌针搅拌摩擦焊接铝锂合金接头组织及力学性能

采用柱形光头搅拌针搅拌摩擦焊接5mm厚的铝锂合金轧制板,并对接头组织和力学性能进行了分析.焊后接头形成了三个组织差异明显的区域:焊核区,热机影响区和热影响区.焊核区微观组织呈鱼鳞状;热影响区组织在焊接热循环作用下,发生回复反应,形成棒状的回复晶粒;前进侧和后退侧热机影响区内为颗粒较大的等轴晶晶粒,且后退侧晶粒尺寸大于前进侧.力学性能测试结果表明,焊接速度υ＝40mm/min时,接头获得最高拉伸强度(296MPa);焊接速度υ＝80mm/min时,接头获得最大延伸率(8.6%).硬度测试结果表明,焊缝区发生了软化,前进侧和后退侧材料的软化区间大致相同,但后退侧软化程度高于前进侧.     

6061铝合金无倾角搅拌摩擦焊工艺及性能

目的 为了适应空间曲面构件的搅拌摩擦焊,开展6061铝合金无倾角搅拌摩擦焊工艺及性能的研究。方法 采用无倾角搅拌摩擦焊用的搅拌头,对5 mm厚6061-T6铝合金板材进行试验,研究焊缝成形及接头力学性能,并分析接头组织特征。结果 零倾角搅拌摩擦焊接头从组织上可区分为5个不同区域：焊核区(WNZ)、热力影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)、轴肩影响区(SAZ)和母材(BM);随着搅拌头转速增加,焊缝宽度和焊核尺寸均先变大后变小;随焊接速度增加,焊缝宽度和焊核尺寸均逐渐变小;当焊接速度固定时,随搅拌头转速增加,接头拉伸强度先增加后减小;当搅拌头转速固定时,随焊接速度增加,接头拉伸强度逐渐增大。结论 采用无倾角搅拌摩擦焊接方法,能够实现对5 mm厚6061-T6铝合金板材的有效焊接。     

铝合金厚板静止轴肩搅拌摩擦焊接头组织及性能

采用8.5 mm厚度2A14-T4铝合金和自主研制搅拌工具进行静止轴肩搅拌摩擦焊（stationary shoulder friction stir welding,SSFSW）实验,探讨焊接工艺参数对接头组织和力学性能的影响规律。结果表明：只有在低转速工艺参数范围内（转速ω=400~600 r/min与焊接速率v=60~120 mm/min）可获得焊缝表面光滑、无缺陷厚板铝合金SSFSW焊接接头。SSFSW焊缝区主要由焊核区（NZ）组成,周围热力影响区（TMAZ）及热影响区（HAZ）宽度明显减小,焊核区与搅拌针形状类似且由两种不同尺寸细小等轴晶构成,前进侧NZ晶粒比后退侧NZ更为细小。接头显微硬度呈"W"状分布,NZ硬度值可达到母材硬度80%~90%,TMAZ与HAZ交界处存在软化区,硬度最低为母材硬度72%左右。在给定ω=500 r/min,v=140 mm/min焊接参数下,SSFSW接头抗拉强度可达到母材的88%,断裂位置多位于后退侧TMAZ与HAZ交界处软化区,具有韧性断裂特征。     

6082-T6/7075-T6异种铝合金搅拌摩擦焊接接头的疲劳性能研究

为提高异种高强度铝合金焊接接头在复杂交变载荷作用下的服役可靠性,采用疲劳极限测量、疲劳断口形貌分析、金相分析和显微硬度测试等方法,研究了6 mm厚的6082-T6/7075-T6异种铝合金搅拌摩擦焊接接头疲劳性能及疲劳断裂的影响因素.结果 表明,1200 r/min、80 mm/min条件下,焊接接头疲劳极限为107.5 MPa.110 MPa疲劳载荷下,疲劳裂纹起源于前进侧(6082-T6)的焊核区与热机械影响区(TMAZ)交界位置的试样棱边尖角附近.这是由于焊接热循环导致β"相转变为β'相并粗化形成软化区、试样表面存在脆性第二相、2种材料在焊核区与热机械影响区交界处混合不均匀引起的应力集中,以及试样棱边尖角引起的应力集中等几种因素共同叠加作用所致.     

5A01铝合金厚板搅拌摩擦焊组织性能研究

采用搅拌摩擦焊方法对厚度为30 mm的5A01铝合金进行了单面对接焊,分析了焊缝的金相组织及力学性能。结果表明,5A01铝合金厚板的搅拌摩擦焊接成形良好;焊缝接头从组织上可分为焊核区、热机影响区和热影响区;根据受到热量影响程度的不同,焊核区可分为上部焊核和下部焊核,焊核区出现了"洋葱环"结构,可能与搅拌针表面加工的三个平面有关;热机影响区沿厚度方向受到不同程度的热机械和热循环作用,因此其上部、中部和下部表现出了不同的组织特点;焊接接头具有较好的力学性能,抗拉强度达到了母材的90%以上,拉伸断裂位置位于焊缝区。     

2024铝合金搅拌摩擦焊接头塑性变形行为研究

为了研究搅拌摩擦焊卷焊管坯的力学性能及接头塑性变形行为,以5 mm厚的2024退火态铝合金搅拌摩擦焊板坯为对象,采用网格法测试接头塑性变形分布,用EBSD测量接头各区域晶粒尺寸及位相,并结合SEM观察接头第二相的分布,研究了接头力学性能、应变分布与微观组织之间的关系.研究表明:搅拌摩擦接头强度与母材等强,延伸率下降44%;接头前进侧距离焊缝中心8～17 mm的母材较早出现了应变的集中,局部应变可达23%,而焊核区和接头返回侧母材发生的变形较小,平均应变分别为3%和11%,各区域应变的不均匀主要是由于接头各区晶粒尺寸及位相的差异造成的,导致接头整体延伸率的下降.     

60mm厚度6061-T6铝合金板搅拌摩擦焊接接头微观组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊接方法对6061-T6铝合金板进行了60mm双面对接焊实验,研究了搅拌摩擦焊接接头的微观组织与力学性能,结果表明:焊缝区微观组织沿厚度方向发生了不同程度的改变,焊接接头强度达到218MPa,为母材强度的70％;焊接热循环引发的金属强化相“重固溶”和“过时效”是接头力学性能下降的重要原因,其中前进侧热机影响...     

6061 铝基碳化硅复合材料搅拌摩擦焊工艺研究

目的研究搅拌道次对6061铝基碳化硅复合材料的影响。方法对6061铝基碳化硅复合材料进行了搅拌摩擦焊实验。结果获得了型面良好,表面光滑的焊接截面,焊核区组织为细小的等轴晶,热机影响区为弯曲变形的晶粒,热影响区组织发生了明显的粗化。结论搅拌次数越多,Si C颗粒分布越均匀,热机影响区与热影响区附近硬度最低,热影响区硬度较低,焊核区硬度比母材稍高。     

转速对水下搅拌摩擦焊接7A04-T6铝合金组织与性能的影响

对7A04-T6铝合金板进行水下搅拌摩擦焊接(FSW),研究转速对水下FSW接头组织和力学性能的影响。结果表明:水下FSW接头的硬度最小值均位于热机械影响区。高转速条件下(950r/min)接头的硬度分布呈现"W"形,焊核区平均硬度值高于低转速条件下(475,600,750r/min)接头的硬度值。当焊速恒定为235mm/min,转速从475r/min提高到750r/min时,接头焊核区的析出相随转速的增大逐渐粗化,接头抗拉强度系数从89.71%降低到82.33%;当转速升高到950r/min时,析出相发生固溶时效,呈现细小弥散的分布特征,接头的强度系数提高到89.04%。接头具有较高的应变硬化能力,塑性伸长率较高。水下FSW接头的拉伸断口均呈现微孔聚合和解理混合断裂特征。     

焊后时效处理对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头的影响

对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头进行自然时效和人工时效处理,通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜、拉伸实验机和显微硬度计对组织演变和力学性能进行研究。结果表明:人工时效处理后显微硬度比焊态和自然时效高10~25HV,提高焊核区和热机影响区硬度效果明显好于自然时效。经过焊后自然时效、人工时效的焊接接头力学性能得到一定程度的提升,人工时效析出相比自然时效析出相抗拉强度提高12%,延伸率降低9%,人工时效提高拉伸强度效果更明显。人工时效处理后,焊核区组织发生显著变化,NZ主要为GP区,经过人工时效后NZ强化效应随团簇和GP区尺寸增大及数量增多而加强。HAZ主要为粗大的β′,经过人工时效后变化不大,硬度基本保持不变。通过对微观组织进行研究发现析出物的形状由界面能和应变能决定。     

水下搅拌摩擦焊对铝/铜接头组织与性能的影响

目的 采用搅拌摩擦焊,对比分析大气环境和水下环境下铝/铜接头的组织与性能,以期获得力学性能更优异的铝/铜焊接接头。方法 利用搅拌摩擦焊,在焊接速度为40 mm/min、旋转速度为1 000 r/min的条件下,分别在大气环境和水下环境下对厚度为9 mm的6061铝合金板和T2纯铜板进行焊接。然后,对铝/铜界面、焊核区进行扫描电镜及能谱分析,并对铝/铜界面及焊核区进行物相分析,确定产物相组成。最后,对铝/铜试样进行拉伸及硬度检测。结果 铝/铜接头均无裂纹、气孔等缺陷。铜颗粒弥散分布在焊核区,铝/铜界面形成金属间化合物层。水下搅拌摩擦焊下界面元素扩散距离明显变短,且金属间化合物厚度更薄。铝/铜接头的金属间化合物为AlCu和Al4Cu9。大气环境焊接下接头的抗拉强度为130.6 MPa,断裂方式为脆性断裂;水下焊接下接头的抗拉强度为199.5 MPa,断裂方式为韧性断裂。水下环境下的接头硬度值更高,其中热影响区的硬度最低值约为65HV。结论 水下搅拌摩擦焊铝/铜接头无裂纹、气孔等缺陷。组织上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头界面元素扩散距离更短,硬脆的金属间化合物更少;性能上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头强度更高,抗拉强度达到199.5 MPa,达到母材的74.4%。     

工具形状及工艺过程对搅拌摩擦增材成形及缺陷的影响

采用2mm厚的2195-T8铝锂合金作为增材板条,利用5种不同形状的搅拌工具进行搅拌摩擦增材工艺实验。利用金相观察和硬度测试的分析方法,重点探讨搅拌工具形状与工艺过程对增材成形、界面缺陷及硬度分布的影响。结果表明:圆柱状和三角平面圆台状搅拌针下增材界面上下材料无明显混合,偏心圆柱状和三凹圆弧槽状搅拌针有利于增材界面上下材料混合及减小界面钩状缺陷;增材前进侧界面形成致密无缺陷冶金连接,而后退侧界面材料混合不充分,钩状缺陷易伸入焊核区,且弱连接缺陷起源于此。四层增材中,相邻两层焊接方向相反的增材工艺使除顶层增材外其他增材两侧钩状缺陷向焊核区外侧弯曲,弱连接缺陷得到改善;顶层增材后退侧钩状缺陷伸入焊核区。增材焊核区有明显软化现象,但不同增材工艺下焊核区硬度分布均匀,表明搅拌摩擦增材制造可获得性能均匀的增材;相比于单道焊接工艺,来回双道焊接工艺使单层增材焊核区进一步软化;四层增材中,越靠近顶部的增材,其焊核区平均硬度越大。     

2060搅拌摩擦焊对接接头显微组织与析出相分析

选用Al-Li-Cu-Mg系铝锂合金2060,开展搅拌摩擦焊对接接头显微组织与析出相演变规律研究.搅拌摩擦焊对接接头,呈现典型的母材、热影响区、热机影响区和焊核区四区分布特点.母材为双向板条组织,在α板条中有大量三角形AlCu2Mn化合物析出,但在其它相区,当受到热影响时,该相消失;热影响区组织粗大,热机影响区晶粒受到机械力作用,前进侧拉长,后退侧破碎;焊核区为等轴晶组织,出现了高温析出相AlxCuxMn,均布于整个焊核区域.接头显微硬度在母材区最高,热影响区最低,焊核区低于母材,稳定在115 HV.     

2060搅拌摩擦焊对接接头显微组织与析出相分析

本文选用Al-Li-Cu-Mg系铝锂合金2060,开展搅拌摩擦焊对接接头显微组织与析出相演变规律研究.搅拌摩擦焊对接接头,呈现典型的母材、热影响区、热机影响区和焊核区四区分布特点.母材为双向板条组织,在α板条中有大量三角形AlCu2Mn化合物析出,但在其它相区,当受到热影响时,该相消失;热影响区组织粗大,热机影响区晶粒受到机械力作用,前进侧拉长,后退侧破碎;焊核区为等轴晶组织,出现了高温析出相AlxCuxMn,均布于整个焊核区域.接头显微硬度在母材区最高,热影响区最低,焊核区低于母材,稳定在115 HV.     

铝/钢异种金属的超声振动强化搅拌摩擦焊接工艺

采用新型超声振动强化搅拌摩擦焊接工艺实现了6061-T6铝合金以及QP980高强钢的搭接焊, 对比分析了有无超声作用下, 接头的宏观形貌、微观组织和拉伸剪切性能, 同时研究了超声振动对焊接载荷的影响。结果表明: 焊接前对母材施加超声振动, 可以起到软化母材的作用, 促进了材料的塑性流动, 扩大了铝/钢界面区和焊核区, 使更多的钢颗粒随搅拌针旋转进入铝合金侧, 在界面区边缘形成钩状结构, 进而提高了接头的失效载荷; 超声改变了FSW接头断裂位置和断口形貌, 提高了接头力学性能, 在本实验工艺参数范围内, 接头最大的平均失效载荷为4.99 kN; 当焊接速度为90 mm/min, 下压量为0.1 mm时, 施加超声振动使接头的平均失效载荷提高了0.98 kN, 拉剪性能提升28.24%;施加超声振动后轴向力F_z、搅拌头扭矩M_t和主轴输出功率分别下降2.46%, 6.44%和4.59%。     

6016-T4铝合金与镀锌IF钢搅拌摩擦焊接头的组织与性能

采用搅拌摩擦焊接对1.2 mm厚的6016-T4铝合金和1.0 mm厚的镀锌IF钢进行搭接试验。通过对接头的力学性能和界面组织进行研究,发现在焊接速度为100 mm/min、旋转速度为800～2 000 r/min的条件下焊缝成形良好,表面无沟槽、孔洞等缺陷;当旋转速度为1 200 r/min时,接头的拉剪强度最高,达到172 MPa,为铝合金母材强度的82%;铝合金硬度值呈"W"型分布,最低值在接头两侧的热力影响区及其与热影响区的交界处,硬度最高值在接头的焊核区,达到69.1HV,镀锌IF钢硬度值呈倒"U"型分布,最高值在焊核区,达到192.3HV;在搅拌针和轴肩的共同作用下,铝和钢搭接接头的界面组织特征呈现机械连接+冶金连接的特点,在搅拌针作用区的两侧界面处各形成一个"钩子"状的结构,扎入铝合金基体中,形成机械连接,钢铝界面处生成的Fe-Al金属间化合物、Al-Zn化合物和Fe-Al的层状组织共同形成冶金连接。     

静轴肩搅拌摩擦焊2A14-T4铝合金T形接头的组织和性能

采用静轴肩搅拌摩擦焊技术实现了8.5 mm厚2A14-T4铝合金T形接头的焊接,研究了接头的宏观成型、显微组织及力学性能.结果表明:焊缝表面呈现光滑无弧纹特征,焊缝外部和内部未发现焊接缺陷;SSFSW T形接头截面焊接区域形貌整体呈现两头宽、中间窄的"开口哑铃"状,焊核区晶粒表现为取向随机的等轴晶,焊核区平均晶粒尺寸表现为第二次焊核区最大,焊接重合区次之,第一次焊核区最小.焊核区再结晶机制以几何动态再结晶为主并伴随有部分连续动态再结晶;热机影响区较窄且晶粒被拉长变形,热影响区组织晶粒长大粗化;焊接过程中第二相粒子的析出粗化造成焊核区硬度降低,硬度最低点出现在第一道焊缝热影响区与热机影响区的交界处;接头的硬度较低区域和结构尺寸引起的应力集中导致T形接头底板与筋板容易萌生裂纹、发生断裂;断口中存在较多的撕裂棱以及大小不一的韧窝,在韧窝中存在尺寸不均匀的第二相颗粒,断口呈现韧性断裂特征.     

铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能分析

目的 研究7020铝合金搅拌摩擦焊(FSW)的结构和机械性能。方法 采用搅拌摩擦焊对铝板进行对接焊试验,具体形式为单面焊双面成型。采用拉伸机和显微维氏硬度仪对试样进行力学性能测试;利用蔡司金相、光谱仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪研究母材和焊接接头的微观组织。结果 在硬度上,母材>热影响区>焊核区,热影响区平均硬度约为94HV,母材平均硬度为99HV,焊核区平均硬度最低为78HV,焊核区出现“S”缺陷,在一定程度上弱化了焊核区性能;7020铝合金搅拌摩擦焊接头的抗拉强度为235 MPa,屈服强度为158 MPa,屈强比为0.67,伸长率为7%,焊接系数可以达到73.8%;母材的抗拉强度为325 MPa,屈服强度为278 MPa,屈强比为0.86,伸长率为25%;焊接接头中心显微组织主要由胞状树枝晶体组成,显微结晶依次呈现为平面晶、胞状晶、树枝状晶、等轴晶;铝合金母材和焊接接头的金属相组成均为α?Al+Mg2Si;焊接接头断口呈现比较明显的韧性断裂特征。结论 铝合金搅拌摩擦焊可以获得性能比较优良的焊接接头,为其他铝合金材料的FSW焊接提供技术参考。     

5083和6061铝合金异种搅拌摩擦焊接接头的组织和性能

以不同的转速对6 mm厚的5083和6061铝合金进行搅拌摩擦焊接,研究了焊接参数对接头组织和性能的影响。结果表明,控制焊接参数可获得良好的焊接质量,接头强度系数为85%。随着转速的升高5083和6061铝合金的晶粒尺寸都逐渐增大,但是在焊核区内5083铝合金的晶粒尺寸比6061铝合金的小;在6061铝合金一侧的热影响区,随着转速的增加析出相的尺寸和密度都逐渐增大。5组焊接参数的焊接接头的最低硬度区均出现在6061铝合金一侧的热影响区,随着转速的升高接头的最低硬度也逐渐提高;焊接接头均断裂在最低硬度区,且随着转速的升高接头的抗拉强度也逐渐提高。     

铝锂合金搅拌摩擦焊研究

采用柱形带螺纹搅拌针搅拌摩擦焊接5 mm厚铝锂合金轧制板材,并对接头组织、力学性能及断裂特性进行了研究.接头形成差别明显的三个区域:焊核区、热机影响区和热影响区.拉伸实验表明,接头强度随着焊接速度的提高先增加,并于v=60mm/min处达到最大值340MPa;当v＞60mm/min时,接头强度迅速下降.铝锂合金搅拌摩擦接头断裂模式为韧脆混合型断裂,并以脆性断裂为主.