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。     

焊接材料对喷射成形7475铝合金TIG焊接头热裂纹的影响

采用4043,5356,7055三种焊接材料对喷射成形7475铝合金TIG焊接头的热裂纹敏感性进行了研究,对接头的力学性能进行了测试,分析了接头的微观组织及裂纹的形貌、相组成.结果表明,采用5356焊丝时热输入对焊接热裂纹敏感性影响较大,高热输入时母材中的铜和锌向焊缝进行扩散和焊缝中的镁在熔合区形成α-Al,Al0.403Zn0.597和Al7 Cu3 Mg6相的低熔共晶组织,并在晶界和枝晶间形成偏析,在焊接应力的作用下在熔合区内产生了贯穿性热裂纹;低热输入时接头没有出现热裂纹,但强度只有184 MPa;而4043和7055两种焊丝的热裂纹敏感性较小.     

冷喷涂工艺参数对2219铝合金VPTIG接头残余应力分布的影响

采用氮气在不同气体温度(25、300和500℃)和压力(1.4、2.0和2.6 MPa)下对2219铝合金变极性钨极氩弧焊(VPTIG)接头表面制备了冷喷涂Cu涂层,分析了冷喷涂工艺参数对2219铝合金VPTIG接头残余应力的影响.结果 表明:当气体压力一定时,适当提高气体温度有利于改善接头残余拉应力大小及分布,但当气...     

5E83铝合金TIG焊接头残余应力分布研究

采用X射线衍射法对5 E83铝合金TIG对接焊接接头进行表面残余应力测试,获得了焊接接头表面残余应力分布.对应力测试结果进行了处理,分析了对接接头残余应力分布的规律及影响铝合金焊接接头X射线残余应力测试的因素,探讨了残余应力的存在对接头性能的影响.结果表明,在接头纵截面上存在纵向应力及横向应力稳定区,纵向及横向应力最大值分别为69 MPa和125 MPa.接头横截面上,仅在焊缝及靠近焊缝区域存在拉应力,远离焊缝的区域处于压应力状态.     

5083铝合金TIG焊接头组织与性能分析

采用TIG焊方法,以ER5356焊丝作为填充材料,对板厚为12 mm的5083铝合金进行了焊接试验研究.结果表明,在文中推荐的焊接参数条件下,可以获得优良的焊接接头,满足美国船级社(ABS)、中国船级社(CCS)的标准要求.对显微组织观察发现,焊缝组织细小均匀,主要为α-Al和β-Al₃Mg₂相,热影响区组织相比焊缝区有一定的粗化,母材为沿轧制方向的纤维状组织.对力学性能测试分析,焊接接头的抗拉强度达到母材强度的90%以上,并具有良好的抗冷弯性能.     

5083铝合金TIG焊接头组织与性能分析

采用TIG焊方法,以ER5356焊丝作为填充材料,对板厚为12 mm的5083铝合金进行了焊接试验研究.结果表明,在文中推荐的焊接参数条件下,可以获得优良的焊接接头,满足美国船级社(ABS)、中国船级社(CCS)的标准要求.对显微组织观察发现,焊缝组织细小均匀,主要为α-Al和β-Al3Mg2相,热影响区组织相比焊缝区有一定的粗化,母材为沿轧制方向的纤维状组织.对力学性能测试分析,焊接接头的抗拉强度达到母材强度的90%以上,并具有良好的抗冷弯性能.     

铝合金TIG电弧横焊接头缺陷及控制

重型运载火箭燃料贮箱要求对铝合金进行立式装配焊接,TIG电弧横焊是能够较好满足制造要求的方法之一.对铝合金TIG电弧横焊接头的成形特点和焊接缺陷进行分析,利用平板堆焊试验研究焊接电流、焊接速度和焊枪角度对焊缝正面偏移量的影响,最后研究焊接电流频率对气孔缺陷的影响规律.结果表明,采用较小的焊接电流、较快的焊接速度有助于降低焊缝正面的不对称性,利用电弧分力可以抑制熔池下淌,焊接频率为100 Hz时气孔缺陷最少.结合上述试验结果提出了铝合金横焊缺陷的控制措施并进行了试验验证.     

焊接残余应力对2219铝合金熔焊接头承载能力的影响

为了研究2219铝合金焊接残余应力对接头承载能力的具体影响以及作用机理,通过对比试验的方法测试了两种焊接接头的力学性能. 建立焊接过程有限元模型,获得标准试样和大尺寸试样的残余应力分布,模拟结果表明标准试样制备过程中,焊接残余应力基本上完全释放. 分别对含残余应力和不含残余应力试样进行力学拉伸和接头表征测试试验,试验结果表明焊接残余应力的存在不会对焊接接头的力学性能、断裂形式及断口特征产生明显影响. 基于细观损伤的断裂力学理论,对焊接残余应力在接头拉伸过程中损伤产生及积累过程的影响机制进行详细分析及讨论. 结果表明,焊接接头形成后的应力释放并不影响接头的承载能力,但是诸如随焊和焊后残余应力控制措施会导致接头产生额外塑性应变,可能会对接头承载能力产生影响.     

高频感应加热处理对2219铝合金TIG焊接接头残余应力的影响

采用变极性TIG焊接方法焊接8 mm厚2219铝合金板材,利用高频感应加热技术对焊接接头分别进行90 ℃,140 ℃,190 ℃的热处理。热处理前、后采用X射线衍射法测试2219铝合金TIG焊接接头残余应力,分析了接头的微观组织与力学性能。结果表明,经140 ℃,190 ℃热处理后,焊接残余应力下降趋势明显,经90 ℃热处理后,残余应力下降幅度较小。与未热处理接头相比,经高频感应热处理后,焊接接头的微观组织、拉伸性能与硬度分布无明显变化。     

Effect of weld reinforcement on fatigue properties of A6N01 aluminum alloy welded joint

Fatigue properties of smooth and reinforcement A6N01 aluminum alloy welded joints were characterized in this paper. Based on measured S-lgN curves and fatigue fracture morphologies, effect of weld reinforcement on the fatigue property of the welded joint was studied. Results show that the weld toe is the weakness region of the reinforcement welded joint due to the stress concentration in this area, thus the fatigue fracture occurred at the weld toe for all the reinforcement welded joints; while the fatigue property of the smooth welded joint was improved due to remove of the weld reinforcement, and the welding defect was the key factor of the fatigue fracture, thus its fracture zones mainly located at welding zone and fusion line.     

Effects of weld reinforcement on tensile behavior and mechanical properties of 2219-T87 aluminum alloy TIG welded joints

Tungsten inert gas (TIG) welded joints for 2219-T87 aluminum alloy are often used in the fuel tanks of large launch vehicles. Because of the massive loads these vehicles carry, dealing with weld reinforcement on TIG joints represents an important issue in their manufacturing and strength evaluation. Experimental and numerical simulation methods were used to investigate the effects of weld toe shape and weld toe position on the tensile behavior and mechanical properties of these joints. The simulation results indicated that the relative difference in elongation could be as large as 96.9% caused by the difference in weld toe shape. The joints with weld toes located in the weld metal or in the partially melted zone (PMZ) exhibited larger elongation than joints with weld toes located at the juncture of the weld metal and the PMZ.     

焊缝强度匹配对铝合金焊接接头三向应力度分布的影响

用有限元软件ABAQUS对不同焊缝强度匹配的6063铝合金焊接接头进行拉伸模拟,研究了焊缝强度匹配对焊接接头中三向应力度分布的影响.同时,在每种强度匹配条件下,研究了HAZ宽度对焊接接头中三向应力度分布的影响.结果表明,与母材相比,不同焊缝强度匹配的焊接接头中应力状态较为复杂,三向应力度在母材与HAZ交界处和焊缝与HAZ交界处存在突变;高强匹配接头中三向应力度最大值最高,低强匹配接头中三向应力度最大值最小;等强匹配条件下,随着HAZ宽度的增大,三向应力度最大值的位置从母材与HAZ交界处转变为焊缝与HAZ的交界处;高强匹配条件下,三向应力度的最大值都出现在焊缝与HAZ的交界处,随着HAZ宽度增大,三向应力度的最大值逐渐减小;低强匹配条件下,三向应力度的最大值都出现在母材与HAZ的交界处,随着HAZ宽度增大,三向应力度的最大值逐渐减小.     

线能量对A7N01铝合金焊接接头残余应力的影响

焊接残余应力的产生主要是焊接过程中热输入不均匀所造成,因此焊接工艺参数尤其是焊接线能量对焊接接头的残余应力影响较大。通过实际测量与仿真计算相结合的方法,研究线能量的变化对A7N01S-T5铝合金双脉冲MIG焊接头残余应力的影响。结果表明,线能量的增大提高了热输入量,使纵向残余拉应力峰值从149 MPa增加到190 MPa;横向拉应力峰值之间相差不大,但横向拉应力峰值较纵向拉应力峰值高出约27 MPa。仿真计算结果与实测值的应力分布趋势和拉应力的峰值相近,二者之间形成较好的印证关系。     

随焊超声施加方法对铝合金TIG焊缝成形影响

在铝合金TIG焊接的过程中,超声能量处理熔池可以改善焊缝成形、组织与接头力学性能.文中研究了随焊超声施加方法对铝合金TIG焊缝成形的影响,结果表明,连续施加超声会导致熔池熔体飞溅,焊缝成形不佳;间断施加超声可以有效避免熔体飞溅,焊缝成形良好.随焊超声冲击及随焊滚动超声技术均可实现间断施加超声,结果表明,尽管随焊超声冲击使熔宽变小,但是低频冲击作用对TIG焊缝成形具有副作用,会减小熔深.而采用随焊滚动超声技术,可以有效避免低频机械冲击的不利影响,焊缝熔宽变小的同时熔深也增大.     

冷喷涂对2219铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力与力学性能的影响

为了改善铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力与力学性能,在4 mm厚2219铝合金搅拌摩擦焊接头上表面进行冷喷涂试验,研究分析了冷喷涂前后接头残余应力与力学性能的变化. 结果表明,焊态接头纵向残余应力呈不对称“M”形分布,残余应力峰值位于前进侧靠轴肩附近;冷喷涂后,接头残余应力大幅度降低,残余应力峰值由186 MPa降低至43 MPa.涂层沉积厚度约200 μm,涂层与基体界面产生了较大的塑性变形,基体界面附近组织晶粒得以细化.由于冷喷涂过程的喷丸效应,接头上表面显微硬度平均提高了25 HV,作用深度约1 mm.接头拉伸性能也获得明显改善,抗拉强度提升6.3%,断后伸长率提升78.6%,焊态与冷喷涂态的拉伸试样均在接头前进侧的热影响区附近发生断裂,符合在低硬度区或弱结合面产生裂纹并扩展的弱区断裂的特征.     

基于残余应力和微观组织形貌的铝合金CMT焊接接头薄弱环节的预测

采用数值模拟与实验相结合的方法预测3道冷金属过渡(CMT)焊接接头的薄弱环节。通过有限元方法预测焊接接头中残余应力的分布特征;通过金相实验获得焊接接头中不同特征区域的微观组织形貌特征。接头对称面上的最大主应力值最高,故该区域在服役过程中较易产生拉伸裂纹。第一次层间冷却结束后,焊缝金属与基板的交界面上因等效von-Mises应力最大而具有较高的裂纹敏感性。根据金相分析结果,第3道焊缝中晶粒最为粗大,而层间的熔合区则具有粗大的晶间析出物组织特征,两种现象均意味着较差的力学性能。焊接接头中最为薄弱的区域则位于分别通过数值方法和实验方法得出的薄弱区域的交叉区域。     

铝合金薄板焊接接头残余应力分析

铝合金型材已经被广泛用作高速列车车体材料,其结构件焊接接头的服役安全可靠性至关重要。残余应力对接头的疲劳寿命影响很大,能够准确、无损、快速对焊接结构的残余应力进行测试。分别采用小孔法及X射线衍射法进行残余应力测试,通过对比分析两种方法测量的焊接接头残余应力的分布及数值,发现小孔法测量数值稍大于X射线衍射法;射线法测得数值波动范围较小孔法大,其主要原因是测量试件表层应力。但两种方法测量结果的总体趋势一致,故采用无损的X射线衍射法测量3 mm5083-H111薄板的MIG焊接头是可行的。