7075铝合金不同冷却介质条件下搅拌摩擦焊接头的组织与性能

针对3 mm厚的7075铝合金板材,采用相同的焊接参数分别在空气和水中进行搅拌摩擦焊接(FSW),研究不同冷却介质对接头的热循环曲线、宏观形貌、微观组织、硬度以及力学性能的影响。结果表明,水下焊接的热循环曲线更趋于平缓,高温停留时间短,焊缝表面成形更好,焊核区(NZ)和热影响区(HAZ)显微组织的晶粒更细小,接头热影响区更窄,并且接头的塑性流形更清晰,而空气中焊接的接头热影响区软化严重,硬度仅为113 HV。水下FSW接头断裂形式为脆性断裂,而空气中FSW接头断裂形式为韧性断裂。     

7075铝合金不同冷却介质条件下搅拌摩擦焊接头的组织与性能

针对3 mm厚7075铝合金板材,采用相同的焊接参数分别在空气和水中进行搅拌摩擦焊接,研究不同冷却介质对接头的热循环曲线、宏观形貌、微观组织、硬度以及力学性能的影响。结果表明,水下焊接的热循环曲线更趋于平缓,高温停留时间短。水下焊接的焊缝表面成形更好,焊核区(NZ)和热影响区(HAZ)显微组织的晶粒更为细小,接头热影响区更窄,并且接头的塑性流线更清晰,而空气中焊接的接头热影响区软化严重,硬度仅为113 HV。水下FSW接头断裂形式为脆性断裂,而空气中FSW接头断裂形式为韧性断裂。     

铝合金搅拌摩擦与MIG焊接接头疲劳性能对比试验

根据疲劳S-N曲线试验结果,对5A06铝合金搅拌摩擦焊(FSW)和MIG焊接接头的疲劳性能进行了初步比较,分析讨论了搅拌摩擦焊过程中所产生的焊接缺陷对其疲劳性能的影响.结果表明,在焊态下由于焊接接头几何形状等的影响,FSW的疲劳强度明显高于MIG焊接接头;对FSW焊缝根部的"吻接"缺陷(kissing-bonds)是降低FSW焊接接头疲劳寿命的主要因素,旋转搅拌工具在焊缝表面形成的多余飞边将对疲劳行为产生明显影响.     

厚板铝合金FSW和MIG焊接接头疲劳性能

对厚度10 mm的6082-T6铝合金搅拌摩擦焊(FSW)和MIG焊接接头的疲劳强度进行了试验研究,并与6082-T6母材疲劳性能进行了对比分析.结果表明,6082-T6母材的疲劳S-N曲线最高、MIG焊接接头S-N曲线度最低,而FSW接头的疲劳S-N曲线近似位于两者之间;在高应力区FSW疲劳强度低于MIG焊接接头、而在低应力区高于MIG焊接接头.大部分FSW试样疲劳裂纹启始于焊缝根部的"弱连接"缺陷,采用机械加工去掉1.4 mm厚度焊缝根部材料后,FSW疲劳强度明显提高并接近母材数据.厚板6082-T6铝合金FSW焊缝根部质量控制是影响疲劳性能的关键因素.     

搅拌摩擦焊对5A02铝合金微观组织及硬度的影响

通过对10 mm厚的5A02铝合金板搅拌摩擦焊焊缝的宏观组织、微观组织及显微硬度的观察和分析,进一步明确搅拌摩擦焊接过程中的温度分布和热循环对焊缝组织特点及硬度分布的影响规律,对优化焊接工艺,减小焊接中的变形及焊后残余应力,控制焊缝接头的组织和性能,提高焊接质量,具有重要的实用价值。     

焊接方法对2219板材组织和力学性能的影响

分别采用搅拌摩擦焊(FSW)和钨极氩弧焊(TIG)对2219铝合金大型锻环上切取的板材进行焊接,通过维氏硬度和拉伸试验对焊接接头的室温力学性能进行了测试,并采用金相显微镜和扫描电镜等手段对接头的显微组织进行了观察。结果表明,两种焊接方法都使2219铝合金的硬度、强度和塑性下降,FSW焊接接头的硬度、强度明显高于TIG焊接接头,但是塑性相当。这是由于FSW焊缝处的组织相对于TIG焊更加细小,而且分布有一定数量的析出相。FSW和TIG焊接接头的断裂模式为韧性和脆性混合断裂。FSW和TIG焊接接头断裂位置分别为热机影响区和熔合区。     

航空铝合金超声搅拌复合焊工艺及机理

分别采用超声搅拌复合焊(USCW)和搅拌摩擦焊(FSW)对厚度为1.8 mm的2524-T3航空铝合金薄板进行对接焊试验,对比分析USCW和FSW接头的外观、性能和微观组织。结果表明:USCW接头质量优于搅拌摩擦焊的,焊缝稳定性比FSW焊缝的好,USCW可实现近零缺陷焊接,而FSW焊缝缺陷率达50%以上。显微组织分析结果表明:USCW焊核区晶粒较搅拌摩擦焊更加细小、均匀;USCW焊缝热机影响区与热影响区较FSW的小。通过对超声搅拌复合焊的机理分析发现,超声波的热效应、体积效应和强振动效应,具有补偿焊缝中底部热量、强化金属塑性流动、细化和均匀组织的效果。     

焊接方法对C24S铝锂合金组织和性能的影响

对2 mm C24S铝锂合金薄板进行TIG焊和FSW焊接试验,焊后利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察分析两种焊接方法所得接头的显微组织,并测试其室温拉伸性能和显微硬度。结果表明:TIG焊所得接头组织粗大,焊缝气孔缺陷严重,焊缝区强化相大量溶解,接头抗拉强度仅为母材的47.9%,焊缝显微硬度为92 HV,且拉伸接头塑性较差;FSW焊焊缝成形良好,接头组织细小,且焊缝强化相并未溶解,接头拉伸强度达到母材的82.6%,焊缝显微硬度高达115 HV,接头塑性良好。     

1060铝搅拌摩擦焊与TIG焊接头组织和性能分析

对4 mm厚1060铝分别进行了搅拌摩擦焊(FSW)和钨极氩弧焊(TIG),焊后对FSW和TIG接头的显微组织和力学性能进行了对比研究。结果表明:FSW接头的焊核区发生了动态再结晶,形成了细小的等轴晶粒;热机影响区受搅拌头机械搅拌和焊接热循环的综合作用组织发生了较大程度的变形;热影响区组织发生粗化现象。TIG接头组织表现出明显的铸态组织,且靠近熔池的柱状晶沿母材向对接中心线显著长大。力学试验表明:FSW接头的抗拉强度优于TIG接头的抗拉强度,约为TIG接头的1.5倍。两种接头的断裂形式均为韧性断裂;两种接头的显微硬度最低值均出现在热影响区,且FSW接头的显微硬度优于TIG接头。     

9Cr-1.5W-0.15Ta耐热钢搅拌摩擦焊焊缝组织和冲击性能分析

对9Cr-1.5W-0.15Ta耐热钢搅拌摩擦焊焊缝的微观组织演变和冲击性能进行了分析.结果表明,由于搅拌针剧烈的机械搅拌和焊接热循环的双重作用,搅拌摩擦焊缝区域内发生晶粒破碎、完全奥氏体化动态再结晶、晶界处M23C6相溶解和晶内M3C相析出,焊后较大的冷却速率抑制晶粒长大,促进了马氏体转变.在-100～20℃温度内进行了冲击试验,随着冲击试验温度的增加,母材和FSW焊缝的冲击吸收能量均表现为单调增大的特征,同时冲击断裂模式由脆性断裂逐渐转变为延性断裂.由于FSW焊缝中板条马氏体的形成、“针状”M3C碳化物的析出,FSW焊缝的硬度显著增大,并且在相同温度下FSW焊缝的冲击韧性发生降低,韧—脆转变温度由母材的-50℃升高至-40.2℃.     

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。     

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。     

喷雾辅助FSW焊接RAFM钢数值模拟与性能

低活化铁素体/马氏体(reduced activation ferritic/martensitic,RAFM)钢搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)接头中的高温δ铁素体是影响其冲击韧性的主要因素. 通过喷雾冷却,降低焊接峰值温度并对接头进行快速降温,从而达到抑制δ铁素体生成的目的. 采用Fluent流体软件对RAFM钢FSW在不同喷雾冷却工况下的温度场进行模拟研究,综合模拟结果进行试验验证. 结果表明,液氮辅助FSW(FSW + LN₂)可有效降低焊接接头的峰值温度并加速焊后的降温速率. FSW + LN₂焊接接头冲击韧性由常规FSW接头的冲击吸收能量23 J提升至33 J,达到与母材等韧匹配,硬度变化趋势与常规FSW接头基本一致,焊接接头硬度远高于母材.     

搅拌摩擦焊接过程产热作用机制研究进展

搅拌摩擦焊接(FSW)的一个重要的研究领域就是过程的产热研究。对FSW热过程的良好理解可以预测搅拌摩擦焊接过程的温度分布及接头区域的硬度，从而可以评价FSW接头的性能。掌握FSW温度分布可以更好地计算与FSW过程塑流计算密切相关的粘度和残余应力。目前关于FSW产热作用机制一般都认为主要是轴肩与母材之间的摩擦生热。     

6061铝合金FSW接头与MIG焊接头对比试验

采用搅拌摩擦焊(FSW)和MIG焊分别对6061铝合金板进行了焊接试验,测试了焊接接头的强度,观察了焊接接头的金相组织,并进行了接头的硬度分布测试.结果表明,搅拌摩擦焊接头抗拉强度高达212.05 MPa,是母材抗拉强度的86％,比MIG焊的接头强度略高.焊接接头软化区宽度比MIG焊接头软化宽度窄.6061铝合金母材为典型的轧制组织,焊核区为细小的等轴晶组织,MIG焊接头焊缝为柱状晶组织.     

铝锂合金FSW焊接接头的组织与性能

对2 mm的Al-Li-S-4铝锂合金薄板进行了FSW焊焊接试验,利用光学显微镜和扫描电镜观分析了焊接接头的显微组织和断口形貌特征,并对其室温拉伸性能和显微硬度进行了测试。结果表明:Al-Li-S-4铝锂合金FSW焊焊缝成形良好,接头组织细小,且焊缝强化相并未溶解,接头拉伸强度达到母材的82.6%,焊缝显微硬度高达115 HV,接头表现出良好的塑性。     

CNTs增强镁基复合材料搅拌摩擦焊工艺研究

利用搅拌摩擦焊接(FSW)技术焊接了CNTs/AZ91镁基复合材料,研究了工艺参数对CNTs/AZ91复合材料FSW接头组织与性能的影响。结果表明:采用FSW技术对CNTs/AZ91复合材料进行焊接可以获得表面成形和力学性能较好的对接接头。当搅拌头旋转速度为700 r/min时,焊缝中CNTs分布均匀,接头强度和塑性最好,改变搅拌头旋转速度,均会降低接头强度和塑性。     

高熔点材料的搅拌摩擦焊接技术

通过焊具设计、接头微观组织与性能、焊接温度场和残余应力、热源辅助的搅拌摩擦焊(FSW)几个方面,全面介绍了高熔点材料搅拌摩擦焊技术的研究现状.结果表明,合适的搅拌头材料为钨铼(W-Re)合金和多晶立方氮化硼(PCBN);采用合适的焊具设计和工艺参数,可以得到具有良好微观组织、高强度的FSW接头;在模拟搅拌摩擦焊温度场和接头残余应力时,应依据焊接过程实际进一步完善物理模型;引入辅助热源有利于高熔点材料焊缝成形并提高焊具使用寿命.     

GIL壳体5754铝合金FSW与GTAW接头组织和性能

针对GIL壳体材料5754铝合金,制备FSW和GTAW接头,并研究焊接接头的显微组织、拉伸性能、弯曲性能和冲击性能。结果表明,两种焊接方法下焊缝组织均为α-Al基体弥散分布着细小的β相(Al8Mg5),采用GTAW方法时,热影响区晶粒明显粗化;两种焊接接头的强度和弯曲性能均可以满足壳体的强度设计要求。由于FSW过程的搅拌作用,焊缝金属发生高温动态回复再结晶,因此FSW接头的抗拉强度和冲击性能更为优异。     

航空铝合金搅拌摩擦焊疲劳裂纹扩展速率试验研究

通过高频疲劳实验,对航空铝合金LC4CS和7075-T6搅拌摩擦焊预制裂纹穿焊缝中心、预制裂纹穿焊缝前进边、预制裂纹穿焊缝后退边、预制裂纹垂直于焊缝四种形式的焊接接头疲劳性能进行了研究,LC4CS铝合金FSW接头抗疲劳裂纹扩展能力不如7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接接头,但是相差不大.IIW疲劳试验设计标准对于FSW接头是比较保守的.该实验为建立合理的搅拌摩擦焊接接头的疲劳评定规范提供重要依据,从而推动了搅拌摩擦焊接技术在航天领域的广泛应用.