三层复合板铝/镁合金/铝FSW接头的微观组织与抗拉强度

摘 要:文中进行了不同焊接速度下三层复合板Al/ AZ31/Al 搅拌摩擦焊接（FSW）工艺试验,并观测分析了其接头成形、显微组织和拉伸性能。实验研究结果显示：在实验优化的工艺参数下,焊缝接头成形较好,其内部呈层状分布且未发现缺陷;焊核区（NZ）晶粒细化明显,大角晶界（HAGBs）和再结晶晶粒占比达80%;在焊缝前进侧带状组织区（BS）和镁、铝界面处存在金属间化合物（IMC）,主要为Al3Mg2和Al12Mg17;随焊速增加,焊接接头抗拉强度先增大后减小,在V=100mm/min时焊核区铝层晶粒平均尺寸为1.75μm,接头抗拉强度达到最大87.3MPa,是母材的50.8%。     

H62黄铜搅拌摩擦焊接头微观结构及性能

对6 mm厚度的H62黄铜搅拌摩擦焊(FSW)焊缝的微观组织、力学性能进行了研究,测试并比较了焊缝和母材金属的动电位和电阻率在热-力作用下的变化.结果表明,焊缝金属经热和机械力的作用后,焊核区、热力影响区和热影响区的平均晶粒尺寸较母材的35.6μm均有细化,依次为3.8,22.2,30.6μm,反应在力学性能上焊核区硬度最高,拉伸断裂发生在硬度较低的前进侧,在微观断口中存在大量尺寸不均的网状韧窝;焊缝的腐蚀电位较母材有所提高,腐蚀电流密度降低,电阻率高于母材.     

超大厚度5A06铝合金板搅拌摩擦焊缝性能及组织分析

采用双面焊接方法成功实现了105 mm厚度5A06铝合金板的搅拌摩擦焊接,并分析了焊缝的力学性能与微观组织。确定的最佳工艺参数:旋转速度600 r/min,焊接速度20 mm/min时,获得了良好的焊缝组织,焊缝的抗拉强度达到318.3 MPa以上,强度系数超过93.6%,延伸率达到11.0%以上;焊缝分为焊核区、热力影响区、热影响区三个区域,其晶粒、组织形态存在明显差异。由于厚度方向的温度梯度较大,厚度方向的晶粒组织有较大差异,越靠近焊缝表面组织越为粗大、疏松,搅拌针底部的焊缝组织致密、细小。     

异种搅拌摩擦焊接AA2024-7075接头沿厚度方向上的电子背散射衍射分析

本研究以5mm厚的AA2024-T351和AA7075-T651铝合金板材进行搅拌摩擦对接焊,研究了异种铝合金搅拌摩擦焊AA2024-7075接头焊核区沿厚度方向的微观组织演化。研究结果表明：焊核区的晶粒尺寸从焊缝顶部到底部依次降低。轴肩区和焊缝底部区域的再结晶组分低于焊缝中心区。焊核区形成了简单的剪切织构且织构分布并不均匀。轴肩区主要是B 和?B织构组分,而底部区域主要是A 和?A织构组分,C织构组分则出现在中心区域。中心区域的织构强度低于焊核顶部和底部区域,这主要是由于该区域出现了洋葱环,是材料混合区域,使得晶粒取向更为随机。     

异种铝合金搅拌摩擦焊AA2024-AA7075接头沿厚度方向上的EBSD分析（英文）

对5 mm厚的AA2024-T351和AA7075-T651铝合金板材进行搅拌摩擦对接焊,采用电子背散射衍射(EBSD)法研究了异种铝合金搅拌摩擦焊AA2024-7075接头焊核区沿厚度方向的微观组织演化。结果表明:焊核区的晶粒尺寸从焊缝顶部到底部依次降低。轴肩区和焊缝底部区域的再结晶组分低于焊缝中心区。焊核区形成了简单的剪切织构且织构分布不均匀。轴肩区主要是B和■织构组分,而底部区域主要是A和■织构组分,C织构组分则出现在中心区域。中心区域的织构强度低于焊核顶部和底部区域,这主要是由于该区域出现了洋葱环,是材料混合区域,使得晶粒取向更为随机。     

变形镁合金熔焊接头组织特征分析

采用光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)和电子探针(EPMA)等分析测试手段，对变形镁合金AZ31B的TIG焊接头进行了微观组织观察、相组成和微区成分分析试验。结果发现在熔焊条件下AZ31B镁合金焊缝附近的纤维组织消失，在焊缝区出现了细晶粒，而热影响区(HAZ)的晶粒明显粗大。进一步研究发现焊缝区的晶粒主要呈细小的等轴晶，室温组织是由δ—Mg相和γ—Mg17Al12化合物两相组成。分析还发现焊缝区的Mg含量低于母材，而A1的含量则高于母材；电子探针分析发现Mg、A1、Zn元素存在成分偏析现象。     

2024-O铝合金FSW拼焊板成形性能研究

利用杯突试验方法测试了2 mm厚2024-O铝合金母材及搅拌摩擦焊拼焊板焊态和焊后退火态的杯突值,并利用ABAQUS数值模拟方法研究了杯突过程中试样应力和应变的分布特征,结合焊接接头的显微硬度测试和微观组织观察结果,讨论了影响拼焊板成形性能的主要原因。杯突试验结果表明,母材、焊态和焊后退火态拼焊板杯突值分别为11.53 mm、8.23 mm和10.49 mm。杯突试验过程的数值模拟结果表明,等效塑性应变最大位置是杯突试样的薄弱区,该区减薄率最大,是裂纹的起裂位置,这与杯突试验中裂纹出现的位置一致。在搅拌摩擦焊接过程中的热-机械作用下,焊核区Al基体发生动态再结晶导致的细晶强化以及Al_2CuMg相发生溶解产生的固溶强化是焊态接头焊核区显微硬度升高的主要原因。焊后退火处理过程中,焊核区Al基体晶粒尺寸增加以及从过饱和Al基体中脱溶析出的Al_2CuMg相发生粗化,导致退火态接头焊核区显微硬度明显下降。降低焊核区与周围金属的力学性能差异能够有效提高焊缝与周围金属的协同变形能力,进而提高拼焊板的成形性能。     

添加Cu箔后搅拌摩擦焊镁/铝异种合金的组织与性能

采用搅拌摩擦焊对厚度为2mm的AZ31镁合金和5052铝合金异种合金进行了添加Cu箔的试验,利用金相显微镜、XRD、显微硬度计和微机控制万能试验机等研究了焊接接头的显微组织和性能。结果表明,接头处添加Cu箔后,在旋转速度为1 200r/min、进给速度为100mm/min时,得到良好的焊接接头,接头表面没有观察到宏观裂纹,抗拉强度达到86.2 MPa,焊接接头断裂于偏镁一侧;焊缝中心硬度较高,整个焊缝区硬度呈Λ型分布。焊缝处的XRD分析结果显示,焊缝处存在的金属间化合物有Al3Mg2、Al12Mg17、AlCu、Al2Cu、MgCu2。     

2A14-T4铝合金厚板搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能

随着工业技术的进步，航空航天、交通运输等领域对构件的承载能力提出了越来越高的需求，采用搅拌摩擦焊的方法对9 mm厚2A14-T4铝合金进行连接，并对高强铝合金厚板接头沿厚度方向不同区域的微观组织和力学性能进行研究 .结果表明，在转速400 r/min、焊接速度100 mm/min条件下能够获得表面成形良好的焊缝，接头抗拉强度为360 MPa，达到母材强度的83.9%. 接头微观组织沿厚度方向存在显著差异，焊缝上部、中部、下部晶粒尺寸逐渐减小，其平均直径分别为7.9，5.0和2.8 μm. 焊缝底部断口出现小而浅的等轴状韧窝.接头断裂位置和最低显微硬度均出现在接头后退侧的热力影响区；同时接头显微硬度呈现“W”形分布，且沿厚度方向分布存在差别，焊缝上部、中部、下部显微硬度最低值分别为99.9，97.9和94.7 HV.     

7B04-O铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能研究

对3 mm厚的7B04-O高强铝合金进行搅拌摩擦焊对接焊接,研究焊接速度、旋转速度对焊缝成形质量的影响,对焊接接头的力学性能和显微组织进行了分析。结果表明:当旋转速度为750 r/min,焊接速度为150~235 mm/min,可获得表面纹理均匀细腻、无变形无飞边、无缺陷的对接接头;焊接接头力学性能优良,抗拉强度达到198 MPa,断后伸长率达到13.2%,拉伸试样断裂在距接头较远的母材位置。焊接接头微观组织分为焊核区、热机影响区、热影响区和母材区。其中,焊核区形成均匀细小的等轴晶粒,热机影响区晶粒沿变形方向被大幅拉长,但晶粒变形没有焊核区剧烈,热影响区形貌与母材保持一致,晶粒仅发生了粗化。     

CuNiCrSi铜合金搅拌摩擦焊工艺参数与组织性能分析

为了探究CuNiCrSi铜合金搅拌摩擦焊工艺参数与组织性能，采用正交试验法对工艺参数进行优化，并研究了焊缝的组织性能及材料流动性. 结果表明，焊接速度是对焊接过程影响最为显著的因素，试验得到焊接最佳工艺参数组合，在最优参数组合下焊缝的抗拉强度为491.4 MPa，达到母材抗拉强度的84.7%. 当焊接速度过大时会在焊缝的前进侧出现隧道型缺陷；材料的流动可以分为四部分；前进侧材料流动情况比返回侧复杂；焊接速度过小时表面会出现毛刺；母材区粗大的粒子为铬和硅的偏聚物，而镍无偏聚均匀地分布在材料中；焊核区晶粒随着焊接速度的增加而变小. 最优参数下焊核区晶粒虽然细小均匀，但硬度却比母材区低.     

自动化列车用6005A-T6铝合金焊接接头的微观组织与力学性能

以厚度为35 mm的6005A-T6铝合金为试验材料,进行单、双面FSW对接焊接试验,研究焊缝的微观组织与力学性能。结果表明,单、双面FSW焊缝前进侧与母材有明显的界面,双面焊焊核区的晶粒更加细小,双面焊焊缝的力学性能和耐腐蚀性能更好。     

16mm厚T2铜搅拌摩擦焊组织及接头力学性能分析

选用转速300 r/min、焊速30 mm/min的工艺参数对16 mm厚的T2紫铜厚板进行搅拌摩擦焊接,并对其焊接接头的微观组织、力学性能进行了分析。结果表明,焊核区晶粒尺寸比母材细小,其平均硬度为73 HV,稍高于母材,热影响区和热机影响区硬度较低;焊接接头的抗拉强度为229 MPa,是母材的97%,试样断裂的位置均在前进侧热影响区。X射线衍射结果表明,焊接接头只有Cu,无氧化物和其它金属间化合物产生。     

转速对6061铝合金/纯铜异种金属搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

采用搅拌摩擦焊技术对4 mm厚6061-T6铝合金和纯铜进行连接,研究转速对铝铜异种金属接头组织与力学性能的影响。结果表明,当焊接速度为30 mm/min、搅拌头转速在1 200~1 800 r/min的范围内,可以获得表面成形良好、无缺陷的铝铜异种金属接头。大量破碎的铜被搅入焊核区,形成了组织结构复杂的区域。通过EDS和XRD分析,在焊核区内发现了Al_2Cu、Al_4Cu_9和Al Cu金属间化合物。在界面处,铝和铜发生相互扩散形成金属间化合物层,随着转速的提高,化合物层逐渐变厚。由于晶粒细化、固溶强化作用以及金属间化合物的生成,异种接头的焊核区平均显微硬度值高于铝铜两侧平均硬度,并且在焊核区出现硬度峰值点。随着转速的增加,接头抗拉强度呈现先增大后减小的趋势,所得最优接头抗拉强度为183 MPa,达到铜母材的71.8%,断裂位置位于铝侧热影响区,断裂方式为韧性断裂。     

双轴肩搅拌摩擦焊对7075铝合金组织和性能的影响

对7075铝合金双轴肩搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)焊缝的组织、力学性能和电化学腐蚀性能进行研究。结果表明:焊缝区从内到外依次为焊核区、热机影响区、热影响区和母材区,焊核区为细小的等轴晶组织,热机影响区为粗大的变形组织,热影响区为粗化的母材条带组织;由于晶粒的细化和机械加工硬化作用,整个区域硬度明显提高,但由于焊核后退侧存在不均匀的"混晶"组织,导致焊缝强度无明显提高,抗拉强度仅为267.84 MPa;垂直于焊缝方向表面的耐腐蚀性能优于平行于焊缝方向的表面,但焊缝区的耐腐蚀性能比母材差。     

超声辅助瞬间液相扩散连接异种金属AZ31/LY12成形规律及组织性能研究

研究了采用超声辅助瞬间液相扩散焊(U-TLP)连接镁铝异种材料的成形规律、接头显微组织和力学性能,着重分析了不同施加超声时间对金属间化合物形成规律、显微组织形态及力学性能的影响。结果表明:在460℃下施加超声5 s即可有效破除镁铝表面的氧化膜,实现镁铝在大气环境下的有效连接。超声可以促使反应层发生挤出效应,使焊缝宽度变小,可以破碎枝状晶,提高形核率,细化晶粒。焊缝的主要成分是Al3Mg2、Al12Mg17、Al Mg和α-Mg。镁铝接头的剪切强度大小与焊缝厚度成反比,当超声时间为5 s时剪切强度达到最大值,为28.36 MPa,断裂方式为解理断裂,断裂位置是Al3Mg2和Al母材之间。     

搅拌针偏心距对焊缝金属塑性流动行为的影响

采用搅拌针偏心距分别为0.1,0.2,0.3,0.4 mm搅拌头对叠层进行焊接试验,分析其对焊缝金属塑性流动行为影响.结果表明,焊缝由轴肩区、紊流区、焊核区及挤压区组成,其中紊流区为焊核区和轴肩区挤压金属形成的结果,前进侧挤压区金属变形尺寸明显大于返回侧.随偏心距增加,焊核区面积、宽度及挤压区标示材料向上迁移高度先增大后减小,前进侧标示材料向上迁移距离大于返回侧.由0.2 mm偏心距搅拌头获得焊核区面积和标示材料向上迁移距离最大.但焊核区宽度最大焊缝由0.3 mm偏心距搅拌头获得.根据焊缝金属塑性流动形态,提出搅拌针波动式挤压物理模型.     

表面氧化物在7050铝合金搅拌摩擦焊焊接接头中的分布

利用阳极氧化方法在待焊材料表面生成一层厚12.7μm的Al2O3膜,采用搅拌摩擦焊进行焊接,用扫描电镜检查接头横截面氧化物分布,确定表面氧化物对接头抗拉强度的影响.结果发现:焊缝中心上表面到下表面,氧化物颗粒数量急剧降低,颗粒尺寸减小;热影响区和热-机影响区交界区氧化物颗粒数量高于焊核区,尺寸较大,约3.3μm,颗粒含...     

附加超声对6061-T6铝合金/Q235钢搅拌摩擦焊搭接工艺优化

采用超声振动强化搅拌摩擦焊接工艺实现了6061-T6铝合金和Q235钢异种金属的有效连接,考察了超声能量对焊缝成形、接头组织、力学性能以及焊接载荷的影响.结果表明,施加超声能量可以显著改善焊缝表面成形,增加铝/钢界面区和焊核区的宽度.超声振动细化了焊核区和热力影响区的晶粒组织,改变了搭接接头的断裂机制和断裂位置,提高了...     

2219-T87铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊方法对8mm厚2219-T87铝合金进行了焊接.对接头的宏观形貌、微观组织、显微硬度及断口形貌进行了分析.结果表明,焊核区为细小的等轴晶粒,晶粒尺寸远小于母材;热机影响区发生了弯曲变形;热影响区组织出现了明显粗化.前进边热机影响区和焊核区形成明显分界线,后退边相对模糊.搅拌摩擦焊对接头各区域沉淀相分布形态有重要影响.接头室温拉伸强度可以达到母材的70%以上.沿焊缝横截面的显微硬度的分布显示,硬度最低点位于后退侧热影响区区域,断裂位置位于后退侧热影响区处,接头的断裂形式为韧性断裂.