焊速对水下搅拌摩擦焊接7A04铝合金组织性能的影响

对7A04-T6铝合金板进行了水下搅拌摩擦焊接(Submerged friction stir welding,SFSW),研究了焊速对焊接接头组织和力学性能的影响。结果表明:采用SFSW成功实现了7A04铝合金的连接,晶粒细化和细小、弥散分布的析出相有效减弱了焊接热软化效应。当旋转速度恒定为950r/min,焊速从95mm/min增大到235mm/min时,接头焊核区的晶粒和析出相随着焊速的增大逐渐细化,抗拉强度系数从84.5%升高到89.0%。不同焊速条件下,拉伸断口均呈现微孔聚合和解理混合断裂特征。     

焊后热处理对7A04铝合金水下搅拌摩擦焊接接头组织性能的影响

对7A04铝合金板进行水下搅拌摩擦焊接(Submerged Friction Stir Welding,SFSW),并对焊接接头进行焊后热处理(Post Weld Heat Treatments,PWHT),研究焊后热处理对接头组织性能的影响。结果表明:焊后热处理接头呈现出弥散分布的细小析出相形貌,明显优于SFSW接头呈现出的少量析出相分散分布的特征。与SFSW接头相比,焊后热处理明显改善接头的力学性能。接头焊核区的平均硬度值提高了39.7HV,抗拉强度提高了67MPa,达到母材抗拉强度的96.1%,接头的应变硬化能力增强,拉伸断口呈现微孔聚合和解理混合断裂特征。     

焊接速度对 7A52 铝合金 FSW 组织及力学性能的影响

目的在保证搅拌速度一定时,针对8 mm厚的7A52铝合金,在不同焊接速度下采用搅拌摩擦焊(FSW)进行焊接试验,研究其焊接接头的显微组织及力学性能。方法利用搅拌摩擦焊机进行对接焊接,焊后制取金相试样观察焊接接头宏观形貌和显微组织,并测定其力学性能。结果7A52铝合金FSW焊接接头焊核区的面积随着焊接速度的增大而增大,当焊接速度为250mm/min时,焊接接头的焊核区面积最大,焊核区的显微组织都为细小的等轴晶,焊接接头横截面的焊核区呈明显"洋葱环"的形貌,而热力影响区的结构特征则呈现出了较高的塑性变形流线层。焊接接头显微硬度分布都呈现出"W"形变化,在焊接速度为150 mm/min时,焊接接头的平均抗拉强度能达到452 MPa,达到了母材抗拉强度的89%。结论通过对不同焊接速度下7A52铝合金FSW焊接接头的组织和性能进行研究,得到了不同焊接速度下焊接接头组织和力学性能。     

厚板铝合金搅拌摩擦焊匙孔补焊接头组织与性能

研究了35mm厚板铝合金搅拌摩擦焊匙孔补焊工艺,应用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪及电子拉伸试验机等对接头的组织与性能进行了研究。结果表明,采用铝合金块材填充匙孔后进行FSW焊接,获得成型良好、表面光滑的焊缝;未加填充材料的匙孔位置,焊缝表面出现沟槽缺陷。FSW焊接一次接头的前进侧焊核区与热力影响区之间存在"吻接"缺陷;FSW焊接二次和三次接头的前进侧和后退侧过渡区均连接良好,二者组织无明显差别;FSW焊接一次和二次接头显微硬度分布呈W型,硬度最低值均出现在前进侧热影响区分别为56HV和60HV;采用搅拌头旋转速率为720r/min,焊接速率为180mm/min焊接工艺条件下,FSW焊接一次、二次和三次接头抗拉强度分别达到173、210和205MPa。     

7075铝合金高速搅拌摩擦焊材料流动行为及性能研究

目的 针对7075–O铝合金高焊速、高转速搅拌摩擦焊接缺陷多、质量差等问题,研究焊接接头材料流动对焊缝性能的影响。方法 选用焊接速度1 000 mm/min,搅拌转速分别为1 000、1 200、1 600、1 700 r/min的条件对7075–O铝合金板进行搅拌摩擦焊接,分析不同焊接工艺参数下焊接接头的显微组织及力学性能。同时,利用Fluent软件模拟7075–O铝合金搅拌摩擦焊接过程中的材料流动场分布,分析焊接材料流动与缺陷形成的关系。结果 利用7075–O铝合金三维流动模型,预测出高焊速条件下焊缝前进侧形成一个低压区,孔洞等缺陷易出现在此区域,数值模拟预测与试验结果吻合。在高焊接速度1 000 mm/min、焊接转速1 200 r/min时,焊缝表面光滑平整,焊核区域的硬度分布更加均匀。结论 随着搅拌转速从1 000 r/min增大到1 700 r/min,热输入量逐渐增大,孔洞缺陷由隧道型孔洞转变为不连续的小孔。同时,随着搅拌转速的增大,焊缝高硬度区域的宽度先增大而后降低。当搅拌转速为1 200 r/min时得到了优质的焊接接头,焊缝焊核区硬度分布均匀,硬度值最高为176HV。     

水下搅拌摩擦焊对铝/铜接头组织与性能的影响

目的 采用搅拌摩擦焊,对比分析大气环境和水下环境下铝/铜接头的组织与性能,以期获得力学性能更优异的铝/铜焊接接头。方法 利用搅拌摩擦焊,在焊接速度为40 mm/min、旋转速度为1 000 r/min的条件下,分别在大气环境和水下环境下对厚度为9 mm的6061铝合金板和T2纯铜板进行焊接。然后,对铝/铜界面、焊核区进行扫描电镜及能谱分析,并对铝/铜界面及焊核区进行物相分析,确定产物相组成。最后,对铝/铜试样进行拉伸及硬度检测。结果 铝/铜接头均无裂纹、气孔等缺陷。铜颗粒弥散分布在焊核区,铝/铜界面形成金属间化合物层。水下搅拌摩擦焊下界面元素扩散距离明显变短,且金属间化合物厚度更薄。铝/铜接头的金属间化合物为AlCu和Al4Cu9。大气环境焊接下接头的抗拉强度为130.6 MPa,断裂方式为脆性断裂;水下焊接下接头的抗拉强度为199.5 MPa,断裂方式为韧性断裂。水下环境下的接头硬度值更高,其中热影响区的硬度最低值约为65HV。结论 水下搅拌摩擦焊铝/铜接头无裂纹、气孔等缺陷。组织上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头界面元素扩散距离更短,硬脆的金属间化合物更少;性能上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头强度更高,抗拉强度达到199.5 MPa,达到母材的74.4%。     

铝合金厚板静止轴肩搅拌摩擦焊接头组织及性能

采用8.5 mm厚度2A14-T4铝合金和自主研制搅拌工具进行静止轴肩搅拌摩擦焊（stationary shoulder friction stir welding,SSFSW）实验,探讨焊接工艺参数对接头组织和力学性能的影响规律。结果表明：只有在低转速工艺参数范围内（转速ω=400~600 r/min与焊接速率v=60~120 mm/min）可获得焊缝表面光滑、无缺陷厚板铝合金SSFSW焊接接头。SSFSW焊缝区主要由焊核区（NZ）组成,周围热力影响区（TMAZ）及热影响区（HAZ）宽度明显减小,焊核区与搅拌针形状类似且由两种不同尺寸细小等轴晶构成,前进侧NZ晶粒比后退侧NZ更为细小。接头显微硬度呈"W"状分布,NZ硬度值可达到母材硬度80%~90%,TMAZ与HAZ交界处存在软化区,硬度最低为母材硬度72%左右。在给定ω=500 r/min,v=140 mm/min焊接参数下,SSFSW接头抗拉强度可达到母材的88%,断裂位置多位于后退侧TMAZ与HAZ交界处软化区,具有韧性断裂特征。     

2024铝合金搅拌摩擦焊焊缝区疲劳过程中的温度演变

在转速300r/min、焊速60mm/min的参数下制备了8mm厚AA2024-O搅拌摩擦焊(FSW)接头,对母材与FSW接头进行组织观察及力学性能测试,并用红外热像仪记录疲劳过程中试样表面的温度变化.结果表明:FSW接头显示出了高梯度的组织结构不均匀性,具有较好的疲劳性能,前进侧热力影响区是其力学性能薄弱区;母材试样在循环载荷的作用下表面温度变化符合“三个阶段”的明显特征,而FSW接头表面温度在第一阶段与第三阶段的变化趋势与母材相似,在第二阶段呈下降趋势,焊核区与热力影响区晶粒通过不断的循环软化积累了大量的弹塑性应变能,使机械能向热能的转化率降低.     

铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能分析

目的 研究7020铝合金搅拌摩擦焊(FSW)的结构和机械性能。方法 采用搅拌摩擦焊对铝板进行对接焊试验,具体形式为单面焊双面成型。采用拉伸机和显微维氏硬度仪对试样进行力学性能测试;利用蔡司金相、光谱仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪研究母材和焊接接头的微观组织。结果 在硬度上,母材>热影响区>焊核区,热影响区平均硬度约为94HV,母材平均硬度为99HV,焊核区平均硬度最低为78HV,焊核区出现“S”缺陷,在一定程度上弱化了焊核区性能;7020铝合金搅拌摩擦焊接头的抗拉强度为235 MPa,屈服强度为158 MPa,屈强比为0.67,伸长率为7%,焊接系数可以达到73.8%;母材的抗拉强度为325 MPa,屈服强度为278 MPa,屈强比为0.86,伸长率为25%;焊接接头中心显微组织主要由胞状树枝晶体组成,显微结晶依次呈现为平面晶、胞状晶、树枝状晶、等轴晶;铝合金母材和焊接接头的金属相组成均为α?Al+Mg2Si;焊接接头断口呈现比较明显的韧性断裂特征。结论 铝合金搅拌摩擦焊可以获得性能比较优良的焊接接头,为其他铝合金材料的FSW焊接提供技术参考。     

2024铝合金孔洞缺陷搅拌摩擦点焊修复数值模拟与实验研究

目的 薄壁构件在服役过程中会产生孔洞缺陷,传统修复方法存在连接不牢靠、周期长等问题,针对以上情况,研究了搅拌摩擦焊点焊修复材料的流动对修复接头性能的影响规律。方法 在修复焊速为20 mm/min,修复转速分别为800、1 200、1 600 r/min的条件下对2024铝合金孔洞缺陷进行搅拌摩擦点焊修复,分析不同修复转速下修复接头的微观组织和力学性能。此外,使用ABAQUS有限元软件模拟修复孔洞缺陷过程中材料流动的具体规律。结果 在修复焊速为20 mm/min、修复转速为1 600 r/min条件下,修复接头表面光滑平整,无任何缺陷存在,材料内部发生了显著的晶粒细化,从母材区到焊核区,平均晶粒尺寸由20.5 μm降低至2.7 μm,降低幅度为86.8%。数值模拟仿真结果表明,在1 600 r/min的高修复转速下,材料流动的速度梯度较大,热输入也较高,更容易获得性能优良的修复接头。结论 在修复焊速为20 mm/min的条件下,当修复转速从800 r/min增加到1 600 r/min时,修复的热输入逐渐提高,材料的流动性增强,逐渐修复了孔洞缺陷,在修复转速为1 600 r/min时获得了优质的修复接头,在焊核区发生了显著的晶粒细化现象,修复接头的抗拉强度达到了母材抗拉强度的81.3%,屈服强度几乎等同于母材的屈服强度。     

Effect of Rotation Rate on Microstructures and Mechanical Properties of FSW Mg-Zn-Y-Zr Alloy Joints

Friction stir welding (FSW) of Mg-Zn-Y-Zr plates with 6 mm in thickness was successfully carried out under a wide range of rotation rates of 600-1200 r/min with a constant traverse speed of 100 mm/min. After FSW, the coarse grains in the parent material (PM) were changed into fine equiaxed recrystallized grains at the nugget zone (NZ). Furthermore, the coarse Mg-Zn-Y particles (W-phase) were broken up and dispersed homogenously into the Mg matrix. With increasing rotation rates, the size of the W-phase particles at the NZ significantly decreased, but the recrystallized grain size tended to increase. The hardness values of the NZs for all the FSW joints were higher than those of the PM, and the lowest hardness values were detected in the heat affected zone (HAZ). The fracture occurred in the thermo-mechanical affected zone (TMAZ) on the advancing side for all the FSW joints in the tensile test, due to the incompatibility of the plastic deformation between the NZ and TMAZ caused by remarkably different orientation of grains and W-phase particles. The strength of FSW joint reaches 90% of that of its PM.     

焊后时效对7046铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

对厚度为3.5mm的7046铝合金挤压板材进行搅拌摩擦焊接并对焊接接头进行人工时效,研究了焊后时效对接头力学性能的影响.结果 表明,焊接接头时效前的硬度分布大致呈"W"形,抗拉强度为406.5 MPa,焊接系数为0.8,拉伸时在后退侧热影响区与热机影响区的过渡位置出现断裂,此处的硬度值最低,断裂面上有大量的韧窝;进行1...     

Effect of Y Addition on Microstructure and Mechanical Properties of Friction Stir Welded ZK60 Alloy

6 mm thick ZK60 and ZK60-Y alloy plates were successfully friction stir welded (FSW) at a tool rotation rate of 1200 r/min and a traverse speed of 100 mm/min.FSW resulted in the dissolution of MgZn2 particles in the ZK60 and the breakup and dispersion of W-phase (Mg3Zn3Y2) particles in the ZK60-Y alloy, thereby leading to a decrease in the hardness of the nugget zone (NZ) for the ZK60 alloy and an increase in the hardness of the NZ for the ZK60-Y alloy, respectively.While two FSW joints exhibited similar joint efficiency (87%-89% of ultimate tensile strengths of the parent materials), the yield strength of the FSW ZK60-Y joint was substantially higher than that of the FSW ZK60 joint.The fracture occurred in the NZ and the heat affected zone for the ZK60 and ZK60-Y joints, respectively, which were consistent with the lowest hardness distribution of the welded joints.     

2A12铝合金筋板件T型搅拌摩擦焊工艺及焊后热处理

为评价2A12铝合金筋板件搅拌摩擦焊工艺并探寻提高接头强度的途径,进行了2A12铝合金筋板件的T型搅拌摩擦焊焊接工艺试验,并对不同人工时效热处理下焊接接头的微观组织及性能进行了研究.研究表明:采用T型搅拌摩擦焊即可实现2A12铝合金筋板件的成形,当搅拌头旋转速度为750 r/min、焊接速度60mm/min时,接头的抗...     

6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能特征

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉伸实验机和显微硬度计对6005A铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织及力学性能进行了研究。结果表明:焊核区为细小的等轴晶,几乎所有粒子溶于基体;热机械影响区呈现为被拉长的畸变晶粒,且存在大量的位错;热影响区的组织明显粗化,处于过时效状态。与母材相比,搅拌摩擦焊接头的强度及伸长率均有下降趋势,且接头出现软化,最小硬度值出现在前进侧的热影响区内。搅拌头旋转速率为1200r/min、焊接速率为200mm/min时可获得优质接头,抗拉强度达到母材强度的72%,伸长率达到母材的69%。     

Effect of welding parameters on microstructure and mechanical properties of friction stir welded 2219Al-T6 joints

The effect of friction stir welding (FSW) parameters on the microstructure and mechanical properties of 5.6 mm thick 2219Al-T6 joints was investigated in detail. While the sound FSW joints could be obtained under lower rotation rates of 400–800 rpm and welding speeds of 100–800 mm/min; higher rotation rates of 1200–1600 rpm easily led to the tunnel and void defects. The FSW thermal cycle resulted in low hardness zones (LHZs) on both retreating side (RS) and advancing side (AS). The LHZs may be located at the interface between the nugget zone (NZ) and the thermo-mechanically affected zone (TMAZ), at the TMAZ, or at the heat affected zone under the varied welding parameters. The tensile strength of FSW 2219Al-T6 joints increased when increasing the welding speed from 100 to 800 mm/min, and was weakly dependent on the rotation rates from 400 to 1200 rpm. The FSW 2219Al-T6 joints fractured along the LHZ on the RS.     

Effect of welding speed on microstructure and mechanical properties of friction stir welded copper

The 3-mm-thick copper plates were friction stir welded at a low tool rotation rate of 600 rpm. The influence of welding speed on microstructure and mechanical properties of the joints was investigated. As the welding speed increased, the grain size of nugget zone first increased and then decreased, the thermo-mechanically affected zone became narrow and the boundary between these two zones got distinct, but the heat affected zone was almost not changed. The ultimate tensile strength and elongation of the joints increased first and decreased finally with increasing welding speed, but the effect was little when the welding speed is in the range of 25–150 mm/min. The defect-free joints were produced at lower welding speeds, and the fracture locations were outside the nugget zone on the retreating side. With increasing welding speed, the average hardness of nugget zone decreased first and then increased, but welding speed had little effect on the hardness of the other regions within the joints.     

5083铝合金搅拌摩擦焊接头拉伸行为研究

目的 研究5083铝合金搅拌摩擦焊接（FSW）的组织、力学性能和拉伸应变,分析接头的拉伸行为。方法 采用数码相机、光学显微镜、电子扫描显微镜等表征分析方法,对焊缝的表面宏观成形、微观组织、断口形貌进行分析;利用拉伸机、三维数字动态散斑应变测量分析系统和显微维氏硬度计对接头的力学性能和拉伸应变进行测试。结果 不同焊接工艺参数下FSW接头的最低抗拉强度为305 MPa,断后延伸率达到了14%以上;焊核区拉伸应变沿板厚方向呈现上高下低和上宽下窄的不均匀梯度分布,发生了较大程度的变形强化,直到拉伸应力达到抗拉强度。断裂失效前300/120接头的最大拉伸应变在晶粒粗大的母材区,500/120和500/200接头的最大拉伸应变则位于晶粒尺寸差异较大的后退侧焊核区与热力影响区交界处。接头拉伸断口宏观上均为45°剪切韧性断裂,微观上均以韧窝韧性断裂为主,而高热输入500/120接头出现脆性断裂特征,其延伸率明显降低。结论 高热力耦合输入使铝合金FSW接头薄弱区发生转变,强韧性降低。