6013—T4铝合金薄板搅拌摩擦焊热输入对焊缝成形及组织性能的影响

针对2 mm厚6013—T4铝合金薄板进行了搅拌摩擦焊接工艺试验,用搅拌头旋转速度和焊接速度的比值ω/v表征搅拌摩擦焊的热输入,试验研究了焊接热输入对接头的焊缝成形和力学性能的影响,并分析了接头的显微组织.结果表明,搅拌摩擦焊接头的综合性能较好,抗拉强度和屈服强度分别达到母材的83.3%和75.8%;在不同的搅拌头旋转速度下,随着焊接热输入的增加,接头的屈服强度和抗拉强度降低;ω/v在3 r/mm左右,焊缝成形美观,飞边毛刺少.母材为板条状组织;热影响区晶粒与母材相似,但稍微有粗化;热力影响区的晶粒极不均匀,既有等轴晶,也有拉长的带状组织;焊核区为细小的等轴晶组织.     

AZ31B镁合金搅拌摩擦焊接头组织与性能

对挤压态变形镁合金AZ31B进行搅拌摩擦焊连接。实验结果表明，可获得优质的焊接接头，接头抗拉强度可达母材的92．4％，但适当的工艺参数选择范围较窄。对焊缝的端面微观组织特征分析发现：焊核与母材组织差异极大．焊核区形成细小、均匀的再结晶组织，热力影响区呈层状分布且较宽，热影响区晶粒存在不明显的部分再结晶长大。前进侧热力影响区氧化物、杂质富集层的存在和应力集中是造成接头力学性能下降的主要原因。     

不同焊速下6061铝合金FSW接头组织及性能

设置搅拌头的转速为变量,设计FSW对接试验,对8 mm厚6061-T6铝合金板材进行搅拌摩擦焊接,研究不同焊接速度下焊缝宏观形貌、焊接接头显微组织、力学性能等的变化规律。结果表明,焊缝宏观形貌与n/v值有关,n/v值过大,RS侧产生飞边缺陷;n/v过小,AS侧出现沟槽。焊接接头不同区域的显微组织存在差异和明显的边界。焊接接头维氏硬度曲线呈现左右不对称的W形,焊核区的硬度值高于热机影响区和热影响区的,且热影响区的硬度值最小,焊核区内,硬度最大值在AS侧。搅拌头转速一定时,随着焊接速度的提高,焊接接头的抗拉强度和伸长率先提高后略有降低;当n/v值接近10时,焊缝外观成形良好,无明显缺陷,焊缝各区域晶粒细小,沉淀相适量,焊接接头的显微硬度最高,抗拉强度达到母材的74.6%,伸长率为7.8%,性能最好。     

7B04-O铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能研究

对3 mm厚的7B04-O高强铝合金进行搅拌摩擦焊对接焊接,研究焊接速度、旋转速度对焊缝成形质量的影响,对焊接接头的力学性能和显微组织进行了分析。结果表明:当旋转速度为750 r/min,焊接速度为150~235 mm/min,可获得表面纹理均匀细腻、无变形无飞边、无缺陷的对接接头;焊接接头力学性能优良,抗拉强度达到198 MPa,断后伸长率达到13.2%,拉伸试样断裂在距接头较远的母材位置。焊接接头微观组织分为焊核区、热机影响区、热影响区和母材区。其中,焊核区形成均匀细小的等轴晶粒,热机影响区晶粒沿变形方向被大幅拉长,但晶粒变形没有焊核区剧烈,热影响区形貌与母材保持一致,晶粒仅发生了粗化。     

2219铝合金搅拌摩擦焊焊缝顶锻式摩擦塞补焊接头性能分析

采用顶锻式摩擦塞补焊方法对10 mm厚2219铝合金搅拌摩擦焊焊缝用2219铝合金塞棒进行了补焊,研究得出塞棒锥角大于塞孔锥角的配合方式能有效避免缺陷的产生。对塞补焊接头的微观组织、常温和低温力学性能、显微硬度和断口形貌进行了分析。结果表明,塞补焊接头分为塞棒区、焊核区、热力影响区、热影响区和母材区5部分,焊核为细小的等轴再结晶组织,热力影响区晶粒发生粗化长大和弯曲变形,热影响区组织晶粒结构与母材相似。塞补焊接头的低温抗拉强度和断后伸长率基本达到搅拌摩擦焊接头的性能。塞补焊接头显微硬度分析表明,焊核区硬度最高,最低硬度值出现在热力影响区。     

2198和C24S异种铝锂合金搅拌摩擦焊接头的显微组织和力学性能

对2198和C24S异种铝锂合金进行搅拌摩擦焊对接试验,分析接头的显微组织和力学性能。结果表明:前进侧和返回侧热影响区的板条状组织均发生了粗化,前进侧热力影响区的晶粒被拉长,返回侧热力影响区的变形晶粒周围存在细小的再结晶晶粒,焊核区为细小的2198和C24S铝锂合金再结晶晶粒,且2198铝锂合金的再结晶晶粒更大。焊接速度在60~120 mm/min变化时,2198铝锂合金位于前进侧的接头抗拉强度更高;接头拉伸试样的断裂均发生在2198铝锂合金的热力影响区,最大抗拉强度为382 MPa,达到了2198铝锂合金母材抗拉强度的82.7%;接头的焊核区、热力影响区和热影响区均发生软化,焊核区中2198铝锂合金的硬度比C24S铝锂合金的更低。     

船用铜合金搅拌摩擦焊研究

针对典型的船用铜合金开展了搅拌摩擦焊试验研究,通过金相显微镜、投射电子显微镜和能谱分析观察研究了焊缝的组织形貌,通过显微硬度、拉伸性能试验测试了接头的力学性能。结果表明,采用搅拌摩擦焊可以得到性能良好的船用铜合金焊缝。接头焊核区由均匀细小的等轴晶粒组成,顶锻区、热机影响区的等轴晶由于摩擦热作用晶粒有所增大,热影响区晶粒受热长大。焊核晶粒发生动态再结晶,得到细晶强化,同时强化相细小分布均匀,实现了弥散强化。焊缝厚度方向硬度比较均匀,没有明显的软化区,水平方向硬度从焊核到母材逐渐降低。接头抗拉强度与母材相当,屈服强度高于母材。     

铝/镁异种材料搅拌摩擦焊接头的组织演化与断裂行为研究

对1060铝和AZ31B镁合金进行异种材料搅拌摩擦对接焊试验,研究了接头的显微组织、织构分布和力学性能。结果表明:从焊核区中心至镁侧热力影响区,平均晶粒尺寸逐渐增大,再结晶分数和大角度晶界占比逐渐降低,微观织构从0001‖WD逐渐转变为0001‖TD。接头焊核区的显微硬度相较母材的增加,由于焊核区和镁侧热力影响区晶粒尺寸的差异,镁侧热力影响区/焊核区界面处显微硬度发生突变。接头的抗拉强度和伸长率分别为75.6 MPa和0.6%,接头的断裂位置为镁侧热力影响区/焊核区界面处,断裂方式为脆性断裂。     

6061铝合金薄板无针搅拌摩擦对焊工艺参数研究

研究无针搅拌摩擦焊的主轴转速、焊速、下压量,时效等工艺因素对1 mm厚的6061-T6铝合金薄板对焊接头力学性能和组织的影响。结果表明,相同主轴转速下,随着焊速的增大,焊缝边部的飞边逐渐减少,理想的鱼鳞状环纹逐渐显现;相同的焊速下,随着主轴转速增加,焊缝表面毛刺和截面孔隙缺陷减少,但飞边增多。接头抗拉强度和伸长率随主轴转速的增加而增加;随焊速的增加,接头抗拉强度呈现先增加后减小的趋势;下压量对接头抗拉强度有重要影响,在本文的工艺条件下,接头抗拉强度在下压量为0.1 mm时达到峰值;自然时效可使接头的抗拉强度提高20%以上。在最优工艺下,接头抗拉强度可达到母材的73.4%,伸长率接近母材。焊核区(WNZ)为细小的等轴晶组织;热机影响区组织不均匀,再结晶的小晶粒分布在未再结晶的大晶粒边部;热影响区(HAZ)的晶粒受热长大,第二相粒子也聚集长大。与母材相比,焊缝区和HAZ硬度下降,晶粒细化使WNZ硬度提高。     

8mm厚7A52铝合金搅拌摩擦焊组织及性能分析

针对8 mm厚的7A52铝合金采用搅拌摩擦焊(FSW)进行焊接试验,研究了其焊接接头的显微组织及力学性能。结果表明:焊接接头宏观上呈V字状,焊核区组织为细小的等轴晶,且焊核区底部的晶粒比焊核区顶部和中部的晶粒更为细小,热影响区组织稍有粗化现象,前进侧和后退侧的热力影响区组织均较焊核区组织粗大;焊接接头显微硬度分布呈现出"W"形变化,焊接接头的平均抗拉强度为452 MPa,达到了母材抗拉强度的89%,断裂位置均发生于热影响区及热力影响区的过渡区,焊接接头的断裂模式为韧性断裂,电化学腐蚀形貌以点蚀和晶间腐蚀为主。     

30 mm 7A05铝合金搅拌摩擦焊接头组织及力学性能

采用搅拌摩擦焊方法利用新型搅拌头对30 mm厚的7A05-T6铝合金进行了单道对接,焊后分析讨论了焊缝接头微观组织和力学性能.结果表明,接头焊核区发生动态再结晶,生成细小的等轴晶粒;焊缝两侧热力影响区受机械和热的双重作用,组织存在较大差异,前进侧为窄条状组织,后退侧为扁平状组织;热影响区晶粒粗化;在焊接30 mm板时,工艺参数范围较窄,旋转频率为360 r/min,焊接速度为100 mm/min时,可获得无缺陷、成形好的焊缝;接头抗拉强度为367.7 MPa、屈服强度为280.8 MPa、断后伸长率为14.4%高于母材,接头抗拉强度可达母材的95%.接头显微硬度的分布呈类似W形分布,热影响区软化趋势比较明显.     

不同焊接方法下AZ31B镁合金焊接接头组织性能研究

针对3 mm厚的AZ31B镁合金分别进行了MIG焊、 FSW焊和CMT焊对接试验,对3种焊接方法下焊接接头的组织和力学性能进行了对比分析。结果表明, CMT焊焊接接头的抗拉强度和显微硬度比MIG焊、 FSW焊焊接接头的抗拉强度和显微硬度高;拉伸时CMT焊焊接接头断裂在母材,而MIG焊、 FSW焊焊接接头断裂在焊接接头。CMT焊有大量小颗粒状的第二相β-Al12Mg17, MIG焊焊缝金属中的β-Al12Mg17晶粒粗大,分布不均匀, FSW焊焊缝金属中没有β-Al12Mg17,但焊核区晶粒比母材晶粒细小。     

5A06铝合金搅拌摩擦焊工艺

对5A06铝合金进行搅拌摩擦焊(FSW),使用光学显微镜观察焊接接头不同区域的微观组织;用维氏硬度计测试焊接接头的硬度分布情况。结果表明：焊接接头受搅拌针的搅拌及轴肩产热作用表现出不同的流动和组织特征,可将其划分为4个区域,从两侧的基体到焊缝中心分别是母材区(BM)、热影响区(HAZ)、热机影响区(TMAZ)和焊核区(NZ);母材区的组织经过轧制处理呈现出拉长、粗大的现象;热影响区处晶粒受焊接热循环影响,晶粒尺寸与母材处相比有所长大,晶界也明显粗化;热机影响区组织的晶粒受机械搅拌的程度不同,由远及近呈现出由大到小的分布;焊核区的组织为细小的等轴晶,且焊缝底部的晶粒比顶部的晶粒细小;在前进侧,热机影响区与焊核区的分界线清晰,过渡区域狭窄;而在后退侧,热机影响区与焊核区的分界模糊,金属塑性流动性较差,过渡区域较宽;焊缝硬度沿横截面呈n形分布,前进侧硬度比后退侧高。     

搅拌摩擦焊工艺参数对铸造AlSi14合金焊接接头性能的影响北大核心CSCD

研究了采用不同焊接工艺参数时铸造Al Si14高硅铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织、力学性能及断口形貌。结果表明,焊核区组织由于发生动态再结晶,晶粒非常细小;热力影响区紧靠焊核区,在较高转速时出现被拉长的组织;热影响区基体α相及共晶Si晶粒尺寸相对于母材均有所增加。在搅拌头转速为1 300 r/min、焊速为100 mm/min时,获得的接头抗拉强度可达到母材的92%;断裂发生在前进侧热影响区,断裂方式是韧性与脆性的混合型断裂;接头显微硬度近似呈"马鞍"形分布,在热力影响区附近硬度低于母材硬度。     

搅拌摩擦焊工艺参数对铸造AlSi14合金焊接接头性能的影响

研究了采用不同焊接工艺参数时铸造Al Si14高硅铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织、力学性能及断口形貌。结果表明,焊核区组织由于发生动态再结晶,晶粒非常细小;热力影响区紧靠焊核区,在较高转速时出现被拉长的组织;热影响区基体α相及共晶Si晶粒尺寸相对于母材均有所增加。在搅拌头转速为1 300 r/min、焊速为100 mm/min时,获得的接头抗拉强度可达到母材的92%;断裂发生在前进侧热影响区,断裂方式是韧性与脆性的混合型断裂;接头显微硬度近似呈"马鞍"形分布,在热力影响区附近硬度低于母材硬度。     

ZL114A铸铝搅拌摩擦焊接头性能

研究了采用不同焊接参数时ZL114A铸铝搅拌摩擦焊接头的金相组织、硬度分布及力学性能。结果表明，ZL114A铸铝的搅拌摩擦焊焊接性良好。焊核区的微观组织是无方向性的、细小的等轴晶粒。细化的硅粒子均匀布满整个焊核区。与粗大的树枝状母材相比，焊核晶粒细小、均匀而致密，没有观察到气孔等缺陷。焊缝区硬度分布较母材稳定，变化范围小。随着焊速增加，硅粒子所占体积比逐渐下降。热一机械影响区晶粒被拉长。接头的力学性能与焊接参数的匹配有关系。采用高焊速及转速与焊速比在3左右，获得的接头抗拉强度可达到母材的91％。焊后经T6热处理，可与同炉热处理母材等强。     

转速对FGH96/GH4169高温合金惯性摩擦焊接头组织与力学性能的影响

应用惯性摩擦焊机完成了FGH96/GH4169高温合金焊接,采用光学显微镜、扫描电镜以及拉伸试验机等设备观察并测试了焊接接头的微观组织形貌、显微硬度及拉伸性能。结果表明接头存在FGH96侧母材、热力影响区、焊缝区、GH4169侧热力影响区及母材五个区域,焊缝区组织为细小的等轴晶粒,晶粒尺寸远小于母材,热力影响区则发生了拉伸变形。接头近界面处最高温度达到1 100℃以上,超过γ'等强化相的固溶温度。焊后热力影响区处强化相部分重溶,在界面细晶区强化相几乎完全重溶。随着转速增大,焊缝区晶粒增大,典型原子的扩散距离增加,接头室温抗拉强度和高温抗拉强度值升高。     

焊接速度对7A04铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

采用不同焊接速度焊接7A04铝合金板材,并对搅拌摩擦焊接头进行微观组织和力学性能分析研究。结果表明,接头焊核区由于搅拌头的搅拌作用及发生动态再结晶,形成细小等轴晶,尺寸远小于母材;机械热影响区处于搅拌头外缘,在搅拌头搅拌作用下发生明显的拉伸变形;热影响区晶粒发生明显粗化。不同焊接速度下焊缝区的硬度分布整体上呈"W"形分布,接头软化,焊缝区硬度低于母材,硬度最高值出现焊核区,最低值出现在热影响区。当旋转速度为800 r/min,焊接速度为120 mm/min时,接头成型性最佳,其抗拉强度为410 MPa,达母材强度的75%。     

搅拌头形状对2024铝合金接头组织及性能的影响

采用不同形状搅拌头对4 mm厚的2024铝合金进行搅拌摩擦焊接,对不同接头的宏观形貌、金相组织、力学性能及断口形貌进行了分析. 结果表明,所有搅拌头均能形成良好接头,其中三棱锥搅拌头形成接头横截面呈完整的“洋葱瓣”,焊核区的晶粒尺寸最小为5～11 μm;XRD分析表明,三棱锥搅拌头形成接头焊核区微晶尺寸最小;硬度在热力影响区与热影响区的交界处最小,但三棱锥搅拌头形成的焊缝在此处的硬度值比其它搅拌头的高;所有接头的抗拉强度都达到母材的80%以上,但三棱锥搅拌头形成接头的抗拉强度最高,达到了394.74 MPa,为母材的87.72%,断后伸长率为15.38%. 拉伸断口形貌分析表明,所有接头断裂方式均为塑性断裂.     

2219-T6激光同轴辅助搅拌摩擦焊性能与组织分析

对2219-T6铝合金激光同轴辅助搅拌摩擦焊接头的宏观形貌、力学性能及显微组织进行了研究.结果表明,激光辅助热源的加入有助于消除金属塑性流动不充分引起的隧道缺陷,提升接头性能,但激光功率过大会加剧焊缝软化而使性能下降.激光辅助热源使焊核区扩大,且焊核区中θ相（Al₂Cu）增大,但对热力影响区的显微组织无明显影响.通过固溶+人工时效方法的焊后热处理以显著提升接头强度（从母材强度的76%提升100%）.加入激光的焊核区及热力影响区在热处理后晶粒尺寸相比不加入激光有所减小,且激光功率越大,对应的晶粒尺寸越小.