焊接过程中Al-Mg-Zn铝合金的微观组织变化

7系Al-Mg-Zn铝合金是广泛应用于高速列车车体的结构材料,本研究的材料为轧制后经过固溶处理并经自然时效的热处理强化板材。列车的焊接制造过程中,由于焊接热源作用改变型材的热处理状态,导致接头区域的力学性能弱化。通过采集焊接试验过程中的热循环曲线,研究7系铝合金焊接接头热影响区的温度变化过程,并根据热循环特征对T4热处理状态的铝合金板材进行热模拟试验,划分热影响区的固溶区和过时效区,并分析热影响区的组织演变和硬度分布规律。结果表明,采用脉冲MIG和激光-MIG复合焊两种焊接方法,在接头的固溶区域均出现软化,但经过100天的自然时效,强度可恢复到母材水平。     

焊后热处理对6061铝合金焊接接头微观组织与力学性能的影响

通过金相技术、力学性能试验和SEM技术,研究了固溶+时效热处理对6061铝合金焊接接头微观组织和力学性能的影响.结果表明,热处理前焊接接头两侧热影响区内有一对对称分布的软化区,其原因是由于焊接热输入的影响使该部位发生了过时效.固溶处理+人工时效热处理后,焊缝和热影响软化区析出较多的强化相(Mg2Si),焊接接头硬度和拉伸性能明显提高.     

两种TIG焊工艺对LD10接头力学性能的影响

对5.5 mm厚度的LD10(2A14-T6)铝合金进行了两种工艺的TIG焊接,采用热电偶测定了接头的热循环曲线,分析了不同工艺对接头力学性能的影响.结果表明,两面三层焊热影响区中同一点先后经历三次热循环,导致过时效区硬度大幅下降,拉伸时断裂于此;焊缝区各层所经历的热过程不同,导致其硬度起伏较大.与两面三层焊相比,单面两层焊有更高的抗拉强度,为358.3 MPa,热影响区范围窄,且过时效区硬度比三层焊时高,但焊缝中气孔和晶界网状分布的第二相的存在使焊缝和接头的塑性相对降低.     

车辆用6005A铝合金焊接技术研究现状

6005A铝合金具有良好的挤压性能和耐蚀性,在高速列车和地铁列车的车体制造中得到了广泛应用,但该合金焊接过程中热影响区容易发生软化,降低了焊接接头的强度.综述了6005A铝合金焊接研究现状,并从6005A铝合金热处理强化机理入手,阐明了焊接热影响区发生软化的根本原因是较高的焊接热输入导致的热影响区过时效.指出激光功率占主导的激光-电弧复合焊有可能成为解决6005A铝合金焊接热影响区软化问题的有效途径.     

时效对6063铝合金焊接接头性能的影响

对不同焊接热输入下的6063铝合金焊接接头进行人工时效,分析其硬度分布和强度的变化.通过焊后人工时效,可以提高焊接接头各区的硬度和焊接接头的强度,在焊缝区及距熔合线较近的热影响区,可使其硬度接近或超过母材,但在热影响区仍存在4～5 mm软化区.测定热影响区的热循环,发现人工时效后硬度能完全恢复区在峰值温度大于350 ℃的近缝区,硬度不能完全恢复的过时效区的峰值温度约在250～350 ℃.软化的直接原因是温度引起强化相不同程度溶解和长大.     

6061铝合金搅拌摩擦焊接温度场及性能分析

6061铝合金的搅拌摩擦焊接接头大体分为五个区,每个区域经历的热循环作用不同,各个区域微观组织及力学性能不同。采用传统的热电偶测温的方法难以测量焊接接头各区域,特别是焊核区的热循环。采用实际测量和有限元计算相结合的方法研究搅拌摩擦焊接的温度场。使用热电偶测温的方法测量除焊核区之外的各个区域的温度,通过JMAT软件得到材料的热物理属性,并利用ANSYS热分析得到搅拌摩擦焊接各个区域的温度。通过理论计算和现实测量结果得到常规焊接方法无法得到的焊核区的温度。结合6061铝合金TTP曲线以及各个区域所经历的热循环,分析6061铝合金搅拌摩擦焊接各区力学性能。     

高速列车铝合金车体典型接头激光-MIG复合焊接特性研究

针对传统高速列车3 mm厚A6N01S-T5铝合金型材典型接头结构开展激光-MIG复合焊接试验,优化复合焊接工艺参数,分析接头组织性能,研究激光-MIG复合焊的工程适应性。结果表明,在最佳工艺参数下,焊缝成形良好、无气孔缺陷。焊缝中心为树枝状铸态组织,靠近熔合线焊缝为柱状晶组织,熔合区较窄但热影响区存在晶粒轻微粗大现象;焊缝区硬度低于母材区,硬度最小值位于熔合线附近的热影响区;最佳工艺参数下接头的平均抗拉强度为204.6 MPa,达到母材的83.5%;断裂发生在熔合线附近,断口形貌呈现典型的塑性断裂特征;接头的弯曲性能良好;组对间隙小于1.0 mm时,最佳工艺参数具有通用性,焊缝成形及接头抗拉强度良好;组对间隙增至1.5 mm时,优化工艺参数焊缝成形及接头抗拉强度依然良好。结果表明,激光-MIG复合焊对高速列车铝合金车体典型接头具有良好的焊接可行性和工程适应性。     

高速列车6005A-T6铝合金焊接接头软化分析

测试了6005A-T6铝合金双丝MIG焊和激光-双丝MIG复合焊的焊接热循环曲线,并利用热处理方法进行了焊接软化的热模拟试验,探讨了6005A-T6铝合金焊接接头的软化问题.结果表明,焊接热循环峰值温度超过260℃时热影响区开始软化,当峰值温度达到350℃左右时软化最为严重,晶内的非稳态强化相β"相及β'相转变为平衡态的β相(Mg₂Si)并聚集长大是造成软化的根本原因;受热温度在260~500℃的热影响区,焊后经简单的时效处理后,硬度无法恢复至原始状态;复合焊的焊接热循环曲线在260℃以上的高温停留时间相对较短,这是造成复合焊接头软化程度低于常规MIG焊的直接原因.     

高速列车6N01侧墙激光复合焊接头软化行为分析

采用激光-电弧复合焊工艺焊接高速列车侧墙6N01铝合金型材,并对焊接接头的软化行为进行分析. 通过拉伸试验、显微硬度测试、微观金相试验和拉伸断口SEM试验,系统分析激光-电弧复合焊焊接接头软化行为,并与目前生产中应用的MIG焊接头的性能进行对比. 结果表明,采用复合焊,焊接接头强度均较MIG焊接头的强度提升10%以上,HAZ的软化区较MIG焊的减小了40%～60%;激光复合焊接头金相组织晶粒更细小,第二相质点数量多而且弥散细小,MIG焊热影响区晶粒长大倾向较大,强化相质点数量少并且尺寸较大. 采用激光-电弧复合焊方法对高速列车车体的侧墙所发生的焊接接头软化有较大的改善.     

激光焊接异种钢接头微观结构及耐蚀性

对TRIP590钢和DP590钢拼焊板的接头区域进行了微观组织以及成分分析,并利用电化学方法测试了焊接接头各区域的塔菲尔曲线,研究接头各区域之间的组织、成分与腐蚀行为之间的关系。结果表明,焊缝区组织较均匀,两侧热影响区组织差别较大;Si和Mn在焊缝有一定的聚集;焊缝区的电极电位比两侧母材的都低,腐蚀电流密度相差不大,说明焊缝区耐蚀性低于母材;由于焊接热循环导致显微组织变化,焊缝区显微硬度明显比两侧母材高。     

Analysis of Heat Affected Zone in Welded Aluminum Alloys Using Inverse and Direct Modeling

The concept of constructing parameter spaces for process control and the prediction of properties within the heat affected zone (HAZ) of welds using inverse modeling is examined. These parameter spaces can be, in principle, either independent or a function of weld process conditions. The construction of these parameter spaces consists of two procedures. One procedure entails calculation of a parameterized set of temperature histories using inverse heat transfer analysis of the heat deposition occurring during welding. The other procedure entails correlating these temperature histories with either a specific process control parameter or physical property of the weld that is measurable. Two quantitative case study analyses based on inverse modeling are presented. One analysis examines the calculation of temperature histories as a function of process control parameters. For this case, the specific process control parameter adopted as prototypical is the electron beam focal point. Another analysis compares some general characteristics of inverse and direct modeling with respect to the prediction of properties of the HAZ for deep penetration welding of aluminum alloys. For this case, the specific property adopted as prototypical is hardness. This study provides a foundation for an examination of the feasibility of constructing a parameter space for the prediction of weld properties using weld cross-section measurements that are independent of weld process conditions.     

铝合金LB-VPPA复合焊接残余应力场预测

针对双高能束激光-变极性等离子弧(LB-VPPA)复合焊接热源,基于SYSWELD软件热源模型二次开发功能,在理论分析LB-VPPA复合焊接热源电弧形态的基础上,建立了“双椭球体+三维锥体+圆柱体”热源模型,通过正、反极性不同特性热源模型的循环加载,准确计算出了LB-VPPA复合焊接温度场. 根据热弹塑性理论对相应节点应力的瞬时演变及焊后残余应力分布进行了数值计算,并通过实际焊接工艺试验获得的焊缝截面及残余应力的实际测量,验证了数值计算的准确性. 通过分析对比10 mm厚5A03铝合金VPPA焊和LB-VPPA复合焊接残余应力场发现,LB-VPPA复合焊由于能量更加集中,高温区更为密集,虽然最大纵向残余应力相对较大,但呈最大残余拉应力的区域面积较VPPA焊小. 研究结果对铝合金LB-VPPA复合焊接工艺的研究及实际应用具有一定的指导意义.     

工艺参数对AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

基于耦合的欧拉—拉格朗日(CEL)模型,建立了高可靠性、高精度的搅拌摩擦焊7055铝合金热力耦合计算模型,开展了焊接工艺参数对7055铝合金焊接接头温度、等效应变以及缺陷预测结果的影响规律的研究,并分析和讨论了搅拌摩擦焊试验验证模拟结果的可靠性. 7055铝合金搅拌摩擦焊CEL模型预测结果表明,温度和等效塑性应变与转速呈正比,与焊接速度呈反比,这主要与焊接工艺参数影响轴肩与7055铝合金的摩擦生热及材料的流动,使焊接温度和等效塑性应变值发生变化有关.当焊接速度在60 − 300 mm/min、转速在300 − 1 200 r/min范围内,焊接温度均低于7055铝合金熔点,当焊接速度增加到300 mm/min时,由于产热不足,温度和等效塑性应变均降低,此时在焊接接头处容易产生孔洞缺陷.7055铝合金搅拌摩擦焊试验结果表明,当转速为600 r/min、焊接速度为180 mm/min时,7055铝合金接头组织致密,接头抗拉强度达到489 MPa,断后伸长率为4.0%.当焊接速度提高至300 mm/min时,接头抗拉强度为411 MPa,断后伸长率仅为1.0%.这与产热不足导致接头处结合较差有关,与模拟结果一致.     

铁素体不锈钢焊接热影响区晶粒长大过程模拟

提出一种用Monte Carlo模拟单相合金的热影响区（HAZ）晶粒长大方法,可以将焊接实际时间与模拟过程对应起来,应用有限元方法计算出焊接热循环,并结合晶粒长大的Arrhenius公式,模拟了铁素体不锈钢EB26-1在一定规范下HAZ晶粒的演变情况,模拟结果表明,此方法可以预测HAZ中晶粒的分布以及存在于HAZ中很陡的温度梯度对晶粒长大的阻碍作用。     

厚板铝合金YAG-MIG复合焊接温度场数值模拟

基于ANSYS软件,采用移动旋转高斯体热源函数加载,对12mm厚板铝合金YAG激光-MIG电弧复合焊接进行了温度场有限元数值模拟,模拟中综合考虑了对流、辐射和热传导对焊接热过程的影响,将模拟结果与相同工艺条件下实际的焊接试验结果进行了比较,验证了旋转高斯体热源模型在厚板铝合金复合焊接中的适应性.采用同样的数值模拟热源和试验模拟方法,同样得到了该铝合金5 mm板模拟结果与实际结果相当一致的结论.从而为不同焊接工艺条件下铝合金中、厚板激光-电弧复合焊接焊缝形状和尺寸预测提供了一种有效的途径.     

Effect of different pre- and post-weld heat treatments on microstructures and mechanical properties of variable polarity TIG welded AA2219 joints

The microstructures and mechanical properties of 2219 aluminium alloy joints welded by variable polarity TIG welding in four kinds of different heat treatment conditions, namely, with/without pre-/post-weld heat treatment, were analysed and compared. The post-weld artificial aging treatment rendered fine dispersed precipitates (metastable θ′ phase) separate out of weld metal, which made the hardness of weld metal increase by ～20%. Meanwhile, the fracture location of joints during tensile test changed from weld zone to heat affected zone (HAZ). The pre-weld solution treatment reduced the overaging degree of HAZ and a large number of θ′ phase reprecipitated in HAZ after post-weld artificial aging treatment. Intermediate state welding, with pre-weld solution treatment and post-weld artificial aging treatment together, could increase 20% of the hardness of weld zone, increase 11.5% of the hardness of HAZ and increase 20.3% of the tensile strength of joint.     

CO_2激光与TIG复合焊接铝合金

以铝合金2A12为主要研究对象,研究CO2激光与TIG复合热源焊接铝合金的工艺特点,设计制造了双焦点激光-电弧复合焊接头,讨论了影响复合焊接的各工艺参数。结果表明:影响复合焊接过程的主要工艺参数有激光功率、焊接速度、焊接电流、激光焦点位置以及两热源之间的距离等,并且在比较宽的参数范围内CO2激光与TIG复合焊接铝合金焊缝成形美观、无气孔等缺陷,焊速显著提高,是一种理想的焊接工艺。