5A06铝合金非填充式搅拌摩擦点焊显微组织及力学性能分析

对5A06铝合金进行了非填充式搅拌摩擦点焊连接,对接头进行了显微组织、显微硬度、剪切拉伸和十字拉伸测试。研究结果表明,接头显微组织可分为搅拌区、热机影响区、热影响区及母材,在搅拌区内形成了极为细小的等轴晶;上下板的硬度变化趋势基本一致,搅拌区的硬度高于其它三个区;焊点的抗剪性能和正拉性能随搅拌工具的转速呈增大的趋势,当搅拌工具转速为2 000 r/min、停留时间为5 s、搅拌针压入深度为2.4 min时,抗剪载荷达到最大值4 270 N,塑性位移为0.966 6 mm,正拉载荷为1 646 N。由此可以看出,转速对于提高点焊接头性能起到决定性作用。     

连接工艺对铝合金结构件力学性能的影响

对7B04铝合金回填式搅拌摩擦点焊及铆接连接的结构件的静力与疲劳性能进行对比测试. 结果表明,由铆接与回填式搅拌摩擦点焊连接的典型结构的压缩静力载荷在117 ~ 124 kN范围内波动,剪切静载荷波动范围为89 ~ 95 kN,焊点间距对载荷的影响较小;铆接连接的典型件剪切疲劳寿命低于回填式搅拌摩擦点焊结构件寿命. 对于点焊结构而言,接头微观组织不均匀导致硬度不均匀,同时搭接面处钩状结构向上弯曲,最终使得疲劳试件的失效主要沿轴肩回抽路径.     

搅拌摩擦点焊工艺参数对接头组织及力学性能的影响

采用回填式搅拌摩擦点焊技术制备1.0 mm厚 6016-T4 铝合金点焊接头,并通过正交试验法对其表面成形、剪切拉伸、十字拉伸和显微硬度进行分析,探究焊接工艺参数对6016-T4铝合金点焊接头组织及力学性能的影响。结果表明,焊接时间4.5 s、旋转速度1 600 r/min、下扎深度1.4 mm为最佳焊接工艺参数,接头剪切拉伸力、十字拉伸力分别为4.02 kN与1.32 kN;中间部位的搅拌针作用区硬度较为均匀,硬度值高于母材区;焊点接头在剥离试验过程中均未出现松动,说明焊点牢固,质量良好。     

铝合金低旋转速度回填式搅拌摩擦点焊接头组织及力学性能

采用低旋转速度制备1. 5 mm厚5182-O铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头,并通过正交试验法对其表面成形、剪切拉伸、十字拉伸和疲劳性能进行分析,探究低旋转速度下5182-O铝合金点焊接头的综合性能。结果表明,焊接时间6. 5 s、旋转速度1 000 r/min、下扎深度1. 9 mm为最佳焊接参数;接头剪切拉伸力和十字拉伸力分别为6. 62 k N和3. 67 k N;疲劳寿命N为1×106时,疲劳极限载荷F为1 108 N;点焊接头剪切拉伸失效于上下板间的热机影响区,裂纹沿上板厚度方向扩展;接头疲劳显微裂纹同时起源于上下两板靠近载荷一侧,低旋转速度下热输入较低,氧化物不均匀性是裂纹源产生的主要原因。     

铝合金回填式搅拌摩擦点焊组织及力学性能分析

采用回填式搅拌摩擦点焊技术对7075-T6铝合金进行了点焊试验.对接头进行了显微组织、显微硬度、剪切和十字形拉伸测试.结果表明,接头显微组织可分为焊核区、热力影响区、热影响区及母材;在焊缝中发现了钩状缺陷、孔洞、未焊合、未完全回填及粘连韧带等缺陷;焊缝区显微硬度呈W形分布,焊点中心呈V形分布;在旋转频率为1 400 r/min,焊接时间为4s时,接头的抗剪强度达到最大值125.6 MPa,为母材强度的39.6％;接头的十字形拉伸载荷随工艺参数的变化规律比较复杂,最大十字形拉伸强度可达43.9 MPa.     

异种材料填充式搅拌摩擦点焊研究

介绍了填充式搅拌摩擦点焊技术发展现状及国内外工程化应用现状,对异种材料铝和钢的填充式搅拌摩擦点焊性能进行探索研究,对高强点焊搅拌工具进行了研究。以铝合金中6061-T6和不锈钢中0Cr18Ni9Ti为研究对象,对2 mm试件进行填充式搅拌摩擦点焊连接,对点焊接头进行了显微组织、抗剪切性能等测试。试验结果表明,点焊接头性能较好,为后续工程化应用奠定了基础。     

铝合金搅拌摩擦点焊工艺研究

采用回填式搅拌摩擦点焊设备,对6系列铝合金进行了搅拌摩擦点焊试验,优化了焊接工艺参数。对点焊对接接头的拉伸、弯曲性能,搭接接头的剪切、正拉性能以及搭接接头的疲劳性能进行测试,对搅拌摩擦点焊接头的性能进行综合评价,研究发现搅拌摩擦点焊接头力学性能优良。     

异种厚度6061铝合金板搅拌摩擦点焊接头组织和力学性能研究

采用搅拌摩擦点焊工艺对异种厚度的6061铝合金板进行焊接,并采用金相显微镜、显微硬度计、透射电镜和万能拉伸试验机等设备对搅拌摩擦点焊接头的微观组织和力学性能进行测试分析。结果表明,搅拌摩擦点焊工艺可以实现6061铝合金的可靠连接,焊点表面平整光滑,无明显缺陷生成。点焊接头由母材区、搅拌区、热影响区和热机械影响区四个区域组成,其中搅拌区晶粒细小,热影响区晶粒出现了粗化,热机械影响区晶粒发生了变形。随着搅拌头压入深度的增大,接头拉剪性能和剥离性能均增大,其最大值分别为4125、1796 N,当压入深度继续增大,接头软化严重,接头力学性能下降。     

2024铝合金电阻点焊与回填式搅拌摩擦点焊接头组织和性能

为了研究铝合金材料回填式搅拌摩擦点焊搭接接头与电阻点焊搭接接头的性能差异,采用2024铝合金材料分别开展了回填式搅拌摩擦点焊以及电阻点焊焊接试验。针对采用不同焊接方法获得的焊接接头的微观组织结构、显微硬度以及十字剥离强度进行了分析与对比研究。结果表明,2024铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头相对于电阻点焊接头,焊点形貌更加美观,可获得小尺寸的等轴细晶组织,不存在柱状晶组织结构,焊接接头力学性能明显提高,体现出了该焊接方法的技术优越性。     

AZ31镁合金搅拌摩擦胶接点焊接头组织和性能研究

提出搅拌摩擦胶接点焊(Bongding-FSSW)连接方法,并研究AZ31镁合金搅拌摩擦胶接点焊接头的组织和性能。结果表明,用密封胶进行胶接点焊,接头的抗拉伸剪切能力与FSSW接头相当,胶黏剂对搅拌摩擦点焊焊核的力学性能影响较小;使用高强粘结剂进行搅拌摩擦胶接点焊,接头的抗拉伸剪切性能明显优于单一的搅拌摩擦点焊、胶接接头的抗拉伸剪切性能;焊核区形成细小、均匀的等轴晶粒,而热机影响区和热影响区形成较为粗大的晶粒,且晶粒大小不均匀。     

回填时间对RFSSW接头断裂行为的影响

为研究回填时间对回填式搅拌摩擦点焊接头断裂模式和断裂机理的影响,对上下板厚度分别为1.5 mm和2 mm的LY12铝合金板材进行了点焊试验,并对焊后接头进行拉剪试验.结果表明,当回填时间较短时,套筒作用区与热力影响区间界面上的原子扩散效果差,甚至在近表面附近出现开裂,导致接头的剪切-塞型断裂.当回填时间足够长时,焊接接头的断裂模式转化为剪切断裂,裂纹主要沿着上下板搭接面扩展.同时,显微结构、硬度与断口形貌的试验结果验证了文中对断裂机制的解释.     

高强铝合金可变转速回填式搅拌摩擦点焊温度场及接头组织性能调控

针对7B04-T74铝合金,采用可变转速回填式搅拌摩擦点焊(variable rotation speed-refill friction stir spot welding, V-RFSSW)新方法开展了数值仿真及试验研究. 结果表明,V-RFSSW温度场围绕搅拌头轴线呈圆形对称分布,焊点高温区域集中在搅拌套空腔内部. 与扎入阶段转速相同的常规回填式搅拌摩擦点焊(refill friction stir spot welding, RFSSW)相比,V-RFSSW新方法既可在扎入阶段使材料充分塑化,以保证焊点成形,同时,通过降低回填阶段搅拌头转速降低焊接峰值温度及高温停留时间,抑制组分液化的发生,避免了共晶相的生成. V-RFSSW与常规RFSSW接头显微硬度均呈“W”形分布,且扎入阶段转速相同的情况下V-RFSSW接头搅拌区平均硬度更高. 在拉剪载荷下两种接头均以“纽扣”形式发生断裂,其中V-RFSSW接头拉剪失效载荷为8835 N,高于RFSSW接头的8162 N.     

Effects of pin diameter on microstructures and mechanical properties of friction stir spot welded AZ31B magnesium alloy joints

Abstract

The effects of pin diameter on the microstructure and mechanical properties of friction stir spot welded AZ31B magnesium alloy joints were investigated using microstructural observations, tensile tests and microhardness tests. The results showed that with an increase in the pin diameter, the height and width of the curved interface in the friction stir spot welded AZ31B magnesium alloy joints increased because of the strong effect of stirring and high temperature obtained when large sized pins were adopted. An increase in the pin diameter led to the coarsening of α-Mg grains in the stir zone, thermomechanical affected zone and heat affected zone because of heat generation, resulting in the decrease in microhardness of stir zone, thermomechanical affected zone and heat affected zone. The tensile shear force of the friction stir spot welded AZ31B magnesium alloy joints increased with the increase in pin diameter because the height and width of the curved interface dominated the failure of the specimens.     

Development of novel heating tool friction stir spot welding (HT-FSSW) for AZ31 magnesium alloy

In this work, a new heating tool friction stir spot welding (HT-FSSW) process was developed, and its impacts on the microstructure and mechanical properties of the welded AZ31 magnesium alloy joints were investigated by microstructure observation, tensile tests and microhardness tests. An increase in the heating tool temperature resulted in a decrease in the grain size of the stir zone (SZ) and an increase in the grain size of the thermomechanically affected zone (TMAZ). The rising heating tool temperature also aggrandised the bonded zone width and enhanced the tensile shear load strength per unit area of the HT-FSSW welded joints. With an increase in the heating tool temperature, the microhardness of SZ increased while that of the TMAZ decreased. Moreover, the slope of the Hall–Petch relationship between microhardness and grain size of the TMAZ is larger than that of the SZ.     

异种铝合金回填式搅拌摩擦点焊的组织与性能

选用6061-T6与7075-T6铝合金为研究对象,研究异种合金回填式搅拌摩擦点焊接头的组织和拉剪性能. 将7075铝合金作为上板,主要讨论套筒下扎深度对接头成形和性能的影响. 结果表明,当套筒刚扎透上板时,接头内部无缺陷产生. 随着套筒下扎深度的增大,接头内部会出现孔洞、撕裂和未充分回填等缺陷. 当使用较小的套筒扎入量时,决定接头性能的关键位置,即钩状缺陷处和焊点中心搭接面处的结合情况良好. 接头的断裂载荷随着套筒下扎深度的增大先增大后减小,最大载荷在深度为3.4 mm时达到7 236 N.     

工艺参数对复合搅拌摩擦点焊接头力学性能的影响

采用LF21铝合金研究了复合搅拌摩擦焊时焊接工艺参数(旋转速度、旋转半径)对焊接接头力学性能的影响.结果表明,当其它焊接参数一定时,焊点的力学性能随着搅拌头旋转速度的增加而增加,当搅拌头的旋转速度增加到1 200 r/min时,焊点的剪切力达到最大值为3.47 kN,随着搅拌头旋转速度的进一步增加,焊点的力学性能开始降低.改变旋转半径,焊点的力学性能随着旋转半径的增加而增加,当旋转半径达到0.5 mm时,焊点的剪切力达到最大值为3.47 kN,然后,随着旋转半径的继续增加,焊点的力学性能开始降低.LF21铝合金的复合搅拌摩擦点焊焊点的微观组织与直插式搅拌摩擦点焊不同的是,在塑性环的边上形成了一个由第二层塑性环形成的"耳朵形"区域.     

7475铝合金回填式FSSW接头微观组织与力学性能研究

本文针对7475铝合金回填式搅拌摩擦点焊展开研究,首先采用不同工艺参数对2mm 7475铝合金进行焊接,然后对焊点表面和横截面进行观察,同时对试样进行硬度测量和拉伸剪切测试。结果表明,根据焊缝微观组织可以将焊点分为四个部分,不同部位的晶粒尺寸不同;并在微观组织中发现了Hook、孔洞和未连接等由于材料流动性不佳造成的微观组织缺陷;同时,母材区和搅拌区的硬度明显高于热影响区和热机影响区;另外,焊点的最高硬度和拉伸剪切强度随着焊具旋转速度、搅拌套下压深度的变化而呈现规律性变化,但是搅拌套运动速率对焊点力学性能的影响不明显。     

阶梯形正反螺纹搅拌针对2A12-T4铝合金 FSLW接头力学性能的影响

搅拌针上螺纹分布情况会对搅拌摩擦焊接头内部材料流动行为产生重要影响,进而影响接头成形及力学性能. 采用锥形螺纹搅拌针和阶梯形正反螺纹搅拌针进行2A12-T4铝合金搅拌摩擦搭接焊试验,对比分析了两种搅拌针下搅拌摩擦搭接焊接头横截面形貌、显微组织、拉剪性能及接头断裂位置. 结果表明,两种搅拌针下接头横截面形貌均呈现“碗状”. 然而,在阶梯形正反螺纹搅拌针焊接下搭接界面后退侧出现特有的“括号”形貌. 相对于锥形螺纹搅拌针,阶梯形正反螺纹搅拌针下的接头热力影响区与热影响区晶粒分布相差不大,但焊核区晶粒细化程度更加明显;接头在焊接速度80 mm/min下可获得最大拉剪性能,其值为10.39 kN. 阶梯形正反螺纹搅拌针下接头界面后退侧出现的“括号”形貌阻碍了裂纹向焊核区进一步扩展,断裂模式表现为拉伸断裂.     

超声振动对6061-T4铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

利用自主研制的试验装置,通过工具头将超声振动能量施加在搅拌头前方的待焊工件上,研究了超声振动能量对减少焊接缺陷、改善搅拌摩擦焊接头组织和力学性能的影响.对6 mm厚度6061-T4铝合金板进行了超声振动强化搅拌摩擦焊工艺试验,并与相同工艺条件下的常规搅拌摩擦焊进行了对比.结果表明,超声振动能够减小焊速/转速比较大时的焊缝内部隧道型缺陷,增大材料对接混合区宽度和焊核区体积,细化焊核区和热力影响区微观组织,提高接头抗拉强度和焊核区显微硬度.