冷喷涂改善2219铝合金熔焊接头残余应力新方法

目的采用冷喷涂技术改善2219铝合金变极性钨极氩弧焊(VPTIG)焊接接头残余应力。方法采用冷喷涂技术在8 mm厚2219铝合金VPTIG焊接接头表面进行Cu涂层制备,分析冷喷涂前后接头微观组织、力学性能及残余应力的变化,探究冷喷涂过程中高速碰撞颗粒的"喷丸效应"与加热气体的"热效应"对接头残余应力的改善作用及内在机制。结果冷喷涂前后,接头整体的微观组织无明显变化,但在焊缝表面(Cu涂层与焊缝结合面处)观察到明显的塑性变形。冷喷涂后,焊缝区上表面显微硬度提高,作用深度约2 mm(余高处);接头抗拉强度表观上稍有降低,这是由于涂层对焊缝的拉伸应变局部化改变所致,"喷丸效应"与"热效应"单独作用下,接头抗拉强度无明显变化,所有拉伸试样均从焊趾处沿着熔合区发生断裂。焊态接头残余应力分布总体呈拉应力状态,在焊缝处最大,经过冷喷涂后,焊缝残余拉应力峰值从约200MPa降到约24MPa,大部分区域从拉应力变为压应力,且分布均匀性变好。结论冷喷涂技术可以显著改善VPTIG焊接接头残余应力分布。冷喷涂粒子的"喷丸效应"对基体残余应力的改善作用显著。高温气流的"热效应"虽未能显著降低残余应力,但使应力分布变得均匀。     

2024铝合金搅拌摩擦焊接头组织结构及力学性能

采用搅拌摩擦焊工艺实现3 mm厚的2024铝合金焊接,对接头搅拌区的组织结构及力学性能进行分析。研究表明,焊核区主要由再结晶和搅拌的双重影响而形成的细小等轴晶组织构成;热机影响区受焊核区剪切力及热循环的影响,晶粒大小不均匀并伴有晶粒变形的现象。力学性能分析表明,接头显微硬度分布特征与金相组织结构一致;当焊接速度为300 mm/min时,接头的抗拉强度达到294 MPa,为母材的69%,接头的断裂形式为韧窝和沿晶断裂特征的韧性和脆性断裂;接头的焊接残余应力以纵向应力为主,纵向残余应力峰值出现在前进侧轴肩作用的边缘处,焊接速度为300 mm/min时峰值达到164.5 MPa。     

AZ31B镁合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能

对我国航天工业中常用的6.6 mm厚的AZ31B镁合金进行了搅拌摩擦焊试验,获得了型面良好、表面质量光滑、检测无缺陷的焊接接头。对比分析了镁合金在不同工艺参数下的焊接接头拉伸、硬度以及断裂等力学性能;同时,研究了AZ31B镁合金搅拌摩擦焊在不同区域的显微组织结构。结果表明,焊接接头抗拉强度达到250 MPa,为母材的89.3%,焊接接头硬度大于母材硬度,接头断裂位置位于前进边热力影响区附近;焊核区晶粒大小均匀,热力影响区晶粒大小不一,存在焊核区塑性流动和搅拌头的转动双重作用结构,从而论证了航天AZ31B镁合金搅拌摩擦焊的可行性。     

高镁铝合金搅拌摩擦交叉焊接头微观组织与力学性能

为满足大型铝合金船舶壁板的制造需求,对新一代高镁铝合金进行了搅拌摩擦交叉焊接试验. 结果表明,交叉焊接头成形良好,搅拌区晶粒尺寸最小,热力影响区晶粒形态没有明显方向性,与单道搅拌摩擦焊相比,交叉焊接头搅拌区晶粒组织更细. 显微硬度测试结果表明,交叉焊接头显微硬度变化范围较小,前进侧接头软化明显;拉伸试验测试结果表明,交叉焊接头抗拉强度为340 MPa,为母材强度的87%,对比搅拌摩擦焊接头抗拉强度358 MPa略微降低,在热影响区断裂,断裂方式为45°韧性断裂;疲劳裂纹萌生于焊缝底部,在最大应力150 MPa下循环超2 × 106次未断裂,疲劳性能良好,瞬断区断裂方式为韧性断裂.     

轨道交通用铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能

通过金相组织观察、断口扫描分析、拉伸试验和显微硬度测试等分别研究了6082-T6和5083铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头的微观组织和力学性能.结果表明,接头断面组织可分为焊核区(WN)、热机影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)、母材区(BM)四个区域.焊核区为动态再结晶的细小等轴晶组织;热机影响区为回复晶粒组织,晶粒产生了较大的弯曲变形;在热影响区发生了晶粒粗化现象,晶粒形态与母材相似.两种铝合金搅拌摩擦焊接头的拉伸断口均呈韧性断裂特征,接头断裂位置为热影响区的前进侧,表明热影响区为接头最薄弱的区域.力学性能测试表明,6082和5083铝合金接头的抗拉强度分别为242 MPa和301.6 MPa,分别达到母材本身抗拉强度的76.8％和88.7％;两种接头的显微硬度分布曲线均存在一个最低值,该最低值位于前进侧的热影响区.     

车体铝合金熔化极气体保护焊与搅拌摩擦焊残余应力研究

采用小孔法分别对6 mm厚度7020铝合金的熔化极气体保护焊及搅拌摩擦焊对接接头的残余应力进行了测试。结果表明,用两种焊接方法得到的焊接接头,其纵向应力均大于横向应力,对比7020铝合金搅拌摩擦焊接头和熔化极气体保护焊接头中的纵向残余应力,发现搅拌摩擦焊接头的纵向残余应力峰值要远远小于熔化极气体保护焊接头中纵向残余应力峰值。搅拌摩擦焊接头的最大纵向残余应力为50 MPa,而熔化极气体保护焊接头的纵向残余应力最大值已经达到了90MPa。     

2A12T4/6061T6异种铝合金搅拌摩擦焊接接头性能分析

为满足异种铝合金结构件焊接需求，对10 mm厚的2A12T4/6061T6异种铝合金板进行了搅拌摩擦焊接试验，分析了不同工艺参数焊接接头的微观组织和性能。结果表明：焊接接头焊核区与热机械影响区分界在前进侧明显，而在返回侧不明显；除搅拌头旋转速度为700 r/min、前进速度为300 mm/min的焊接试样外，其余试样的拉伸断裂均发生在6061T6铝合金侧的热影响区，拉伸断裂均呈韧性断裂；焊核区的硬度比热影响区的硬度大，但比母材的硬度小，2A12T4铝合金侧的硬度明显高于6061T6铝合金侧的硬度。当搅拌头旋转速度为600 r/min、焊接速度为300 mm/min时，焊接接头的抗拉强度最高，为249 MPa。     

铝合金焊接接头冲击强化的性能

为了提高铝合金焊接接头的力学性能,试验分别采用超声波和调Q脉冲YAG激光对A6061-T6铝合金焊接接头焊趾附近处进行冲击强化,研究了超声波和激光冲击强化下铝合金焊接接头的性能.两种冲击强化模式下,铝合金焊接接头焊趾处近表面均发生了冲击强化效果,并产生了较大的残余压应力,超声波和激光冲击强化后产生的最大残余压应力分别为 -158 MPa和 -145 MPa左右.超声波与激光冲击强化铝合金焊接接头的疲劳寿命差别不大,均比焊态下试样的疲劳寿命提高1倍以上.两种冲击强化方法的疲劳试验样件断裂位置均发生在基体金属上,而焊趾处没有疲劳裂纹产生.     

不同焊接速度6005A-T5铝合金搅拌摩擦焊接头的组织演变及力学性能研究

采用不同焊接速度对6005A-T5铝合金进行搅拌摩擦焊,对其焊接接头的组织和力学性能进行研究。建立了焊接接头不同区域析出相的演变和力学性能之间的关系。在焊接的过程中,焊核区由于受到了足够的热输入,β″相完全回溶到铝基体。在后续的自然时效过程中逐渐形成GP区,这也是焊核区硬度上升的主要原因。热力影响区发生不完全再结晶,晶粒呈现拉长状,同时有大量的位错形成。热影响区主要包含Q"相和 β″相。当焊接速度下降时,焊接接头的强度随着β″相的回溶和Q"相的形成逐渐降低。焊接接头纵向残余应力的平均值要大于横向残余应力。当焊接速度增加,纵向残余应力的峰值随之增加,但对横向残余应力的影响可以忽略。     

铜/钢异种金属搅拌摩擦焊搭接工艺

采用SKD61模具钢搅拌头对2 mm厚铜/钢异种金属进行搅拌摩擦焊搭接,分析了搭接接头微观组织和力学性能. 结果表明,当搅拌针与钢母材直接接触时,随焊接过程的进行搅拌针不断磨损甚至发生断裂. 焊核区前进侧出现流线区域,在搭接界面结合处形成机械冶金结合. 显微硬度测试显示,铜侧焊核区硬度最高,在搭接界面处硬度分布呈中间高两边低的趋势,接头厚度方向搭接界面处硬度最高. 形成良好结合的搭接接头在拉剪试验中断裂于铜侧热影响区,拉伸断口存在大量韧窝,呈典型韧性断裂模式.     

铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力分布

采用小孔法对3 mm厚2024-T4铝合金板搅拌摩擦焊对接接头的残余应力分布规律进行研究.为了衡量钻孔引入应变对结果的影响,测量了退火2024铝合金板钻孔产生的应变,将其作为附加应变对焊接试件上测得的应变结果进行修正.结果表明,在试验条件下得到的焊接接头的残余应力以纵向应力为主,横向应力相对很小;纵向高应力区集中在轴肩作用区域,呈不对称分布,前进侧应力高于返回侧,在轴肩作用区域之外应力值迅速降低,在距焊缝中心较远的区域转变为压应力;纵向残余应力峰值为164.5 MPa.分析认为,机械搅拌和焊接温度场的叠加作用造成焊缝两侧纵向残余应力的不对称分布.     

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。     

喷熔修形后的焊接接头残余应力有限元分析

采用Ni60合金粉末对Q235B钢焊态十字接头进行了氧—乙炔火焰喷熔处理,同时进行了高频疲劳试验.分析认为喷熔修形改善了焊接接头的几何外形.喷熔修形态十字接头在2×106循环周次下的疲劳强度比原始焊态提高了64.5%.基于氧—乙炔火焰喷熔工艺参数,采用ANSYS12.0软件对喷熔过程进行了热-应力耦合的有限元模拟,分析...     

Mechanical properties of underwater friction stir welded 2219 aluminum alloy

Underwater friction stir welding of 2219 aluminum alloy was carried out in order to further improve the joint performances by varying welding temperature history. The results indicated that the tensile strength of the joint can be improved from 324 MPa by external water cooling action in normal to 341 MPa. However, the plasticity of the joint is deteriorated. The underwater joint tends to fracture at the interface between the weld nugget zone and the thermal mechanically affected zone on the advancing side during tensile test, which is significantly different from the normal joint.     

5052铝合金FSW接头组织和力学性能

采用搅拌摩擦焊焊接8 mm厚5052-O铝合金,并对焊接接头进行了显微组织观察和力学性能测试。结果表明:接头组织左右不对称,前进侧与母材分界线较明显,后退侧与母材分界线较模糊;焊接接头抗拉强度平均值为193.5 MPa,接头强度可达母材的99%,伸长率可达母材的84%;焊接接头正弯角和背弯角均可达到180°,弯曲性能良好;焊核区显微硬度约为72 HV,略高于母材,硬度最低点出现在前进侧熔合过渡区。     

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.     

异种材料搅拌摩擦焊接头特点与脆性本征研究

对镁合金与铝合金进行了搅拌摩擦焊连接试验.从接头金相形貌中可以看出,铝合金与镁合金的晶粒以河流状汇合的方式充分交织在一起,其排布具有明显的梯度特征.当这种混合的交织状态过渡到热机械影响区时可以发现,随着速度梯度的变化,混合的均匀程度明显减弱.接头附近存在大量的脆性金属间化合物,导致力学性能显著下降.从接头断口的扫描电镜形貌可以看出,单侧启裂的拉伸断口一侧出现少量韧窝带和大量的变形带断裂特征.     

Significant effect of oxide on mechanical properties of friction-stir-welded AA2024 joints

A 30–40?μm thick oxide layer was prefabricated on the top, butt or bottom surfaces of AA2024 sheets by micro-arc oxidation, which were then friction stir welded. Sheets without oxide layer were also welded with blowing oxygen along the weldline during welding for comparison purposes. Results reveal that the tensile properties depend on the amount and distribution of the residual oxide impurities in the joints. The oxide layer on the butt surface leads to continuously distributed oxide impurities in the shoulder-affected zone near the advancing side, and a 159?MPa maximum degradation in tensile strength was noticed. Moreover, the oxygen blowing during welding has a little influence on the joint tensile strength and no oxide was detected in the joint.     

超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能机理探究

通过超声疲劳试验探究超声冲击对MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的影响。同时,从应力集中、残余应力、晶粒细化等三个因素来探究超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的机理。结果表明：在1.0×108寿命下,焊态试样疲劳强度为31.62MPa,冲击态试样疲劳强度为39.81MPa,冲击态试样疲劳强度相较于焊态提高了26%。这说明超声冲击可以明显提高MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能。焊态试样焊趾处应力集中系数Kt1=1.95,冲击态试样焊趾处应力集中系数Kt2=1.67,应力集中系数降低了14.4%,所以超声冲击可以降低焊趾处的应力集中程度。超声冲击后试样焊趾处的应力由残余拉应力转变成残余压应力。超声冲击细化焊趾表面晶粒改善MB8镁合金焊接接头的超高周疲劳性能。