7N01铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能

研究了在不同焊接参数的条件下,7N01铝合金搅拌摩擦焊接头的力学性能.结果表明,在特定的旋转频率和前进速度匹配条件下,下压量在0.3～1.0 mm范围波动,7N01铝合金搅拌摩擦焊接头的抗拉强度均能够稳定在340 MPa以上,达到母材的80%左右.通过扫描电镜观察断口发现,搅拌摩擦焊接头断口以韧窝型为主,在低倍下部分断口呈现出明显的分层现象,两层间分界部分呈现出阶梯状形貌.接头硬度测试表明,后退侧的平均硬度略高于前进侧,这也与拉伸测试中接头普遍断于前进侧的现象吻合.     

7N01-T4铝合金搅拌摩擦焊接头的形貌及力学性能

对15 mm厚7N01-T4铝合金采用3组焊接工艺参数进行搅拌摩擦焊。焊接速度均为200 mm/min,倾角θ均为0.5°,转速ω分别为300 r/min,350 r/min,400 r/min。所用搅拌头采用马氏体时效不锈钢制作,轴肩直径为37 mm,搅拌针为圆台形,针长14.8 mm,针体表面带有细牙螺纹和3个斜切平面。焊后进行外观检验、射线探伤、宏观断面检验、横向拉伸和弯曲试验。结果表明,3组参数所得焊缝外观良好,内部无孔洞、弱结合和S线等缺欠;焊接接头的抗拉强度在351~370 MPa之间,断后伸长率为11.9%~15.4%,拉伸试样均沿45°方向断裂,断口位于距离焊缝边缘约30mm的区域;在弯曲180°的条件下,正弯和背弯试样均未产生裂纹。     

下压量对厚板7N01铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

对15 mm厚板7N01铝合金进行搅拌摩擦焊对接试验,焊后开展接头性能分析试验,研究下压量对7N01铝合金搅拌摩擦焊接头的静载拉伸性能、撕裂性能及疲劳强度的影响。研究结果表明,下压量对7N01铝合金搅拌摩擦焊接头静载强度和撕裂性能影响均不显著;随着下压量的增加,7N01铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳强度呈现上升趋势;下压量为1.0 mm时,15 mm厚板7N01铝合金FSW接头的综合性能最优。     

7N01铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能分析

通过7N01铝合金板材上下板等厚全平面三层搭接搅拌摩擦焊焊接,试验不同长度的搅拌头对接头的影响. 结果表明,搅拌头的形状与长度直接影响力学性能的稳定性,结构为“锥形”右旋螺旋槽、搅拌头长度为16 mm时焊接接头的力学性能性对比较稳定而且较优. 通过对接头断面形貌及硬度进行分析,得出焊核和热力影响区的分界线在前进侧和后退侧明显不同,焊核区是受到热循环和机械作用影响最严重的区域,组织变化程度最大,是合金元素过度饱和区域,晶粒得以细化,材料力学性能得到进一步提高,形成“峰值”硬度.     

厚板铝合金搅拌摩擦焊接头显微组织与力学性能

对14 mm厚板铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头焊核区微观组织,整体和分层切片力学性能进行了研究.结果表明,当旋转速度为400 r/min,焊接速度为60-100 mm/min时,接头抗拉强度σb、屈服强度σ0.2和延伸率δ随焊速的升高而降低.焊缝分层切片的σb,σ0.2和δ上部最高,分别达到了186.7 MPa,100.3 MPa和14.1%;下部最低,分别为157.5 MPa,80.2 MPa和10.1%.微观断口中存在大量的网状韧窝,切片上部韧窝最深,焊缝根部可见沿晶界的二次裂纹和浅韧窝.显微硬度分布为焊缝上部高于下部,沿焊缝中心呈不对称分布.焊核区上部等轴再结晶晶粒尺寸大于焊缝下部.焊核区上部的第二相粒子相对下部更均匀和细小,强化作用增强.     

A6N01S-T5铝合金厚板搅拌摩擦焊接头疲劳性能

对42 mm厚A6N01S-T5铝合金型材进行双面搅拌摩擦焊接,焊后沿焊缝横截面将接头分为上、中、下三层分别进行疲劳试验,探究其疲劳性能;通过金相组织观察、显微硬度测试、断口分析等方法分析接头疲劳断裂的原因。结果表明,接头疲劳断裂多发生在热影响区,上、中、下三层的疲劳极限分别为103.9 MPa、101.4 MPa和102.2 MPa;焊核区微观组织为细小等轴晶粒,热影响区组织形貌与母材接近,略有粗化现象;接头显微硬度分布呈W型,母材硬度约为108 MPa,焊核区约为75 HV,距离焊缝中心约10 mm的HAZ软化区硬度值最低,约为55~60 HV;疲劳源多为氧化物夹杂造成的应力集中诱发形成。     

人工时效对7N01铝合金搅拌摩擦焊接头组织和力学性能的影响

采用单级人工时效的方式对7N01铝合金搅拌摩擦焊接头进行焊后热处理,并对其显微组织和力学性能进行研究。显微组织试验结果表明,经过时效处理的接头各区域晶粒尺寸与热处理前相比未发生明显改变。力学性能试验结果显示,焊核区显微硬度从110 HV提高到126 HV,屈服强度从233 MPa提高到320 MPa,抗拉强度从338 MPa提高到362 MPa,但塑性下降,试件在侧弯试验中发生断裂。     

厚板铝合金搅拌摩擦焊接接头分层力学性能研究

采用搅拌摩擦焊方法对18 mm厚LF21铝合金进行对接焊,利用光学显微镜、精密拉伸仪等分析测试手段,研究了焊接工艺参数对焊缝成形及焊接接头分层力学性能的影响。结果表明,在所选工艺参数范围内,焊缝表面成形良好,无裂纹、孔洞,接头抗拉强度基本保持不变;接头分层抗拉强度比整体抗拉强度小约10 MPa。当旋转速度为195及235 r/min时,层与层之间的强度变化不大;而当旋转速度为300 r/min时,层与层之间的强度出现较大波动,接头底部以及轴肩以下5 mm位置处的强度下降。适当降低搅拌头的旋转速度有利于塑性金属的充分流动。     

厚板铝合金搭接搅拌摩擦焊组织及力学性能分析

对15.0 mm厚7N01铝合金进行了搭接搅拌摩擦焊连接,对搭接接头进行了显微组织、显微硬度、抗剪以及疲劳性能测试。研究结果表明,采用搅拌针长度为17 mm的搅拌头搭接接头抗剪性能最佳,抗剪强度为245MPa;搭接接头微观组织与对接接头相比并无较大差异,但在结合面处形成了虎克缺陷和冷搭缺陷;搭接接头在摩擦热的作用下形成了一定的软化区,位于前进侧和后退侧的热影响区;焊核区的硬度在厚度方向上存在一定的差异性;当N=1×10~6次时,7N01(15.0 mm)铝合金搭接搅拌摩擦焊接头的条件疲劳极限为54.85 MPa,为母材的40.4%。     

厚板铝合金搅拌摩擦焊接头不同状态微观组织与力学性能

对14 mm厚2219～O铝合金板进行了搅拌摩擦焊接,研究了无缺陷、有缺陷和经焊后热处理的接头分层切片的微观组织、力学性能和断裂方式.结果表明:无缺陷接头的抗拉强度σb和屈服强度σMM0.2分别从上部的160.8和96.8 MPa下降至底部的146和86 MPa;有缺陷接头的σb和σ0.2分别从上部的132.9和94 MPa下降至底部的126和78.8 MPa;经焊后热处理的试样中部的σb最高,达到243.8 MPa,而上部的σ0.2最高,为123.3 MPa;延伸率δ则依次升高,无缺陷,有缺陷和热处理后接头的δ分别由上部的6.7%,4.8%和7.5%升高至底部的10.1%,8.5%和14%.经焊后热处理的接头焊核区晶粒沿厚度方向更均匀和细小,力学性能明显提高,并以韧性断裂为主,显微硬度波动很小.对于有缺陷接头,焊接缺陷严重降低了接头的力学性能,主要以韧-脆混合方式断裂,各分层的显微硬度均低于无缺陷接头.     

7075厚板铝合金搅拌摩擦焊接头晶间腐蚀行为研究

对20 mm厚7075铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头沿板厚方向进行分层晶间腐蚀行为研究。借助光学显微镜及扫描电子显微镜分析了接头组织、第二相成分及分布、腐蚀深度及接头各区腐蚀形貌。结果表明:焊缝中心区腐蚀程度最轻,热机影响区(TMAZ)次之,热影响区(HAZ)腐蚀程度最严重;沿板厚向下,焊核区(NZ)腐蚀程度逐渐变大,TMAZ腐蚀程度先变大后减小,HAZ腐蚀程度逐渐减小;接头沿板厚方向晶粒大小和第二相粒子尺寸及分布存在差异,是造成沿板厚方向各区不同晶间腐蚀程度的主要原因。     

Al-Zn-Mg-Cu铝合金厚板搅拌摩擦焊接头搅拌区微观组织

采用搅拌摩擦焊接(Friction stir welding, FSW)技术对20 mm厚Al-Zn-Mg-Cu铝合金板材进行了焊接,随后采用热电偶、电子背散射衍射技术和透射电镜等手段研究了接头的温度分布和搅拌区沿厚度方向微观组织的不均匀性。结果表明,焊接峰值温度沿板材厚度方向逐渐降低。距焊缝中心10 mm处,板材表面焊接峰值温度最高为430 ℃,板材底面峰值温度最低为302 ℃。温度梯度是导致晶粒尺寸沿厚度方向逐渐减小的主要原因,晶粒细化是连续动态再结晶、不连续动态再结晶和几何动态再结晶综合作用的结果。搅拌区晶粒没有明显的择优取向,且该区域的析出相发生溶解再析出,析出相主要为η′相。     

新型厚板铝合金MIG焊及搅拌摩擦焊接头组织和力学性能

采用金相组织观察、力学性能测试及对断口形貌进行观察,研究了20 mm厚的新型铝合金单丝熔化极惰性气体保护焊和搅拌摩擦焊接头性能,结果表明, FSW焊缝中心位置发生再结晶,使组织呈细小的等轴晶粒,热影响区由于受到热循环的作用晶粒长大,成为接头最薄弱区; MIG焊接头的熔合区受过冷度等因素的影响得到细小的晶粒组织,而中心处受热输入的影响导致晶粒粗大; FSW焊接头强度相比于MIG焊的提高了23.9%,通过拉伸试验发现焊接试样的断裂位置都发生在焊缝区域,通过扫描电镜观察发现断口都有明显的韧窝,说明断裂方式为韧性断裂。     

厚板5083铝合金搅拌摩擦焊接头沿厚度方向组织与力学性能

针对铝合金搅拌摩擦焊接工艺参数优化问题,对5083铝合金板材进行研究,开展其在不同搅拌摩擦焊工艺参数下的力学性能探索,运用主成分分析和灰色关联度分析法对试验结果进行探索,得出焊接接头最优工艺参数,并建立基于GRG的工艺参数二阶预测模型.结果表明,均值极差法得出最优工艺参数组合为转速1 400 r/min,焊接速度1 mm/s,下压量0.3 mm,接头抗拉强度最大达到225.5 MPa,达到了母材的95.4％,失效位移为10.6 mm. 在试验工艺参数范围内,影响接头抗拉强度的主要因素次序为下压量、焊接速度、转速;模型预测值与计算值无显著差异,回归模型与试验数据的吻合度好,说明预测模型可靠度高,此回归模型可作为其预测模型.     

6061铝合金厚板搅拌摩擦焊接头组织与耐蚀性

采用搅拌摩擦焊对30 mm厚的6061铝合金进行了双面对接焊,分别采用金相显微镜、显微硬度仪和电化学工作站对焊接接头的组织、硬度和耐蚀性能进行观察、测量和研究。金相观察显示,双面搅拌摩擦焊焊缝前进侧与母材有明显的分界,后退侧分界模糊;焊核区呈均匀细小的等轴晶。硬度测试表明,搅拌摩擦焊接接头硬度呈“W”形特征分布,硬度最低值出现在前进侧热影响区。腐蚀试验表明,双面焊焊核重叠区腐蚀电流(2.396 3×10-5A/cm2)较大,一旦开始腐蚀,腐蚀速度很快,耐腐蚀能力相对较差。     

3A21铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能研究

采用搅拌摩擦焊方法对厚度为6 mm的3A21铝合金板进行对接焊,研究了其接头的拉伸性能、弯曲性能、冲击性能和显微硬度。结果表明,焊接接头抗拉强度134MPa,接头强度系数为86%;接头弯曲性能良好;接头焊核区冲击韧度最好;焊接区显微硬度值较低,发生了软化。     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能研究

利用搅拌摩擦焊方法对7075铝合金板进行焊接,探讨了焊接速度和搅拌头旋转速度等焊接工艺参数对焊缝成形及接头力学性能的影响,并对焊接接头的显微组织进行了分析.结果表明:采用搅拌摩擦焊焊接7075铝合金时,焊接接头具有较好抗拉性能.当旋转速度为750r/min、焊接速度为95 mm/min时,焊接接头的强度最高,达到母材抗拉强度(487 MPa)的97.4％,并且其伸长率也较高(为3.1％);当旋转速度为950 r/min、焊接速度为150 mm/min时焊接接头的伸长率最好,为4.7％.总体上看,焊接接头的伸长率和母材相比较低.     

5A06铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能研究

采用搅拌摩擦焊方法焊接5 mm厚5A06-O铝合金试板,对焊接接头进行室温拉伸力学性能及显微硬度测试,并研究装配精度和板厚差对接头力学性能及焊缝成形的影响。结果表明:焊接接头的抗拉强度及屈服强度高于母材,接头显微硬度呈"n"型分布,焊核区硬度最高;对接焊缝表面的氧化膜会在焊缝中形成S曲线,降低接头力学性能;装配间隙小于0.4 mm,板厚差小于0.5 mm时,焊缝成型美观且接头具有良好的力学性能。     

7N01铝合金脉冲MIG焊接头组织与力学性能分析

采用脉冲MIG焊接方法分四层焊接12 mm厚7N01铝合金板材,研究了焊接接头的显微组织与力学性能。显微组织结果表明,从盖面层依次到打底层焊道受热循环次数逐渐增加,焊缝组织晶粒越来越粗大,并有明显的交界线;部分熔化区越来越宽,晶粒重熔也逐渐严重。力学性能结果表明,焊缝区硬度明显低于母材硬度,焊接接头的抗拉强度达到312 MPa,断后延伸率9.7%,断裂位置均位于焊缝;焊缝区低温冲击韧性32.5 J/cm2,热影响区低温冲击韧性37.2 J/cm2。试验表明,7N01铝合金采用脉冲MIG焊接方法焊接性能良好。