铝合金薄板搭接高速 FSW 缺陷及断裂行为

目的 为了拓展搅拌摩擦焊技术应用,对薄板搭接结构高速搅拌摩擦焊工艺优化与工程应用提供 借鉴与指导。方法 采用圆锥无螺纹搅拌针,进行了 6061 铝合金薄板搭接高速搅拌摩擦焊接,对接头界 面缺陷及其断裂模式进行分析,探讨了转速对 6061 铝合金薄板搭接接头成形及性能的影响规律。结果 发现在无螺纹圆锥搅拌针、高转速（6000~9000 r/min）条件下,接头塑性金属在后退侧易形成飞边流出, 导致下板前进侧出现孔洞缺陷,且随转速增大,界面缺陷尺寸逐渐增大,当转速达到 10 000 r/min 时, 孔洞尺寸有所减小,此时接头拉剪强度最高,为 123 MPa。对试样拉剪断裂位置分析发现,高速搭接接 头断裂位置主要有两种,分别断裂在结合界面处或在前进侧下板,且转速在 9000 r/min 以上越趋向于在 结合界面断裂。结论 高转速搭接焊接必须协调轴肩相貌、焊接工装约束等条件,保证接头塑性金属充 分流动而不流失,才能获得成形良好无缺陷的接头。     

铝/镁搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头微观组织结构

目的研究不同工艺参数下钎料Zn的添加对Al/Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头组织和性能的影响。方法以厚度为0.05 mm的纯Zn作为钎料,对3 mm厚的2A12-T4态铝合金和4 mm厚的AZ31变形镁合金,进行搅拌摩擦焊-钎焊的复合焊接,分析锌夹层的添加对接头微观组织与力学性能的影响。结果当添加Zn中间层时,接头钎焊区缓解了拉伸断裂趋势,在焊接速度为23.5 mm/min,旋转速度为375 r/min时,接头抗拉剪力达到5.5 k N,复合焊接接头的钎焊焊缝由搭接区、固相扩散区、钎焊区组成。结论钎料的添加有效阻止了Al-Mg系金属间化合物的形成。     

转速对6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的影响

目的 研究不同转速条件下6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的变化规律,为工程实践应用提供参考。方法 在不同旋转速度（800、1 200、1 500 r/min）下对4 mm厚的6061铝合金进行搅拌摩擦搭接焊实验,固定进给速度和轴肩下压量,研究搅拌头转速对接头宏观组织、微观组织和力学性能的影响。结果 所有接头均没有出现明显缺陷,当转速为1 500 r/min时,搅拌区晶粒尺寸细化明显,最大失效载荷达到母材的75%,上板和下板的硬度曲线都呈“W”形;当转速为800 r/min和1 200 r/min时,下板硬度曲线呈“V”形。随着转速的增大,有效搭接宽度逐渐增大,接头的平均拉剪强度也在增大,所有接头都在前进侧断裂,断裂形式均为拉伸断裂。结论 转速的提升增加了焊接热输入量和机械搅拌作用,促进了有效搭接宽度的增大和晶粒尺寸的细化,但未能改变钩状缺陷的形成及延伸方向。当转速为1500r/min时,热输入量较大,搅拌区范围相对较大,下板存在更大面积的搅拌区,其硬度规律与上板的相似。所有接头均为拉伸断裂,断裂位置在热影响区附近,说明搭接接头连接良好。     

铝/钢搅拌摩擦焊对接焊缝组织及机理研究

为了提高Q235钢板和6082-T6铝合金对接的连接强度,采用搅拌摩擦焊进行对接焊接.研究了不同尺寸和形状的搅拌头、转速、焊接速度和偏移量等对铝钢对接焊缝组织的影响,进而优化了搅拌摩擦焊工艺.实验结果表明:不同形状的搅拌头影响接头"钉子"形状,接头的不同位置处由于受到不同热循环和搅拌导致晶粒尺寸不同,从而影响接头的力学性能.当搅拌针旋转速度260 r/min,焊接速度16 mm/min,针头偏向铝侧0.2 mm时,所得焊缝的拉伸强度为141.204 MPa,为最佳工艺参数.在此最优参数下获得过渡层的厚度约为8μm,界面的主要成分是Fe Al3.     

6016-T4铝合金与镀锌IF钢搅拌摩擦焊接头的组织与性能

采用搅拌摩擦焊接对1.2 mm厚的6016-T4铝合金和1.0 mm厚的镀锌IF钢进行搭接试验。通过对接头的力学性能和界面组织进行研究,发现在焊接速度为100 mm/min、旋转速度为800～2 000 r/min的条件下焊缝成形良好,表面无沟槽、孔洞等缺陷;当旋转速度为1 200 r/min时,接头的拉剪强度最高,达到172 MPa,为铝合金母材强度的82%;铝合金硬度值呈"W"型分布,最低值在接头两侧的热力影响区及其与热影响区的交界处,硬度最高值在接头的焊核区,达到69.1HV,镀锌IF钢硬度值呈倒"U"型分布,最高值在焊核区,达到192.3HV;在搅拌针和轴肩的共同作用下,铝和钢搭接接头的界面组织特征呈现机械连接+冶金连接的特点,在搅拌针作用区的两侧界面处各形成一个"钩子"状的结构,扎入铝合金基体中,形成机械连接,钢铝界面处生成的Fe-Al金属间化合物、Al-Zn化合物和Fe-Al的层状组织共同形成冶金连接。     

6061铝合金无倾角搅拌摩擦焊工艺及性能

目的 为了适应空间曲面构件的搅拌摩擦焊,开展6061铝合金无倾角搅拌摩擦焊工艺及性能的研究。方法 采用无倾角搅拌摩擦焊用的搅拌头,对5 mm厚6061-T6铝合金板材进行试验,研究焊缝成形及接头力学性能,并分析接头组织特征。结果 零倾角搅拌摩擦焊接头从组织上可区分为5个不同区域：焊核区(WNZ)、热力影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)、轴肩影响区(SAZ)和母材(BM);随着搅拌头转速增加,焊缝宽度和焊核尺寸均先变大后变小;随焊接速度增加,焊缝宽度和焊核尺寸均逐渐变小;当焊接速度固定时,随搅拌头转速增加,接头拉伸强度先增加后减小;当搅拌头转速固定时,随焊接速度增加,接头拉伸强度逐渐增大。结论 采用无倾角搅拌摩擦焊接方法,能够实现对5 mm厚6061-T6铝合金板材的有效焊接。     

5083和6061铝合金异种搅拌摩擦焊接接头的组织和性能

以不同的转速对6 mm厚的5083和6061铝合金进行搅拌摩擦焊接,研究了焊接参数对接头组织和性能的影响。结果表明,控制焊接参数可获得良好的焊接质量,接头强度系数为85%。随着转速的升高5083和6061铝合金的晶粒尺寸都逐渐增大,但是在焊核区内5083铝合金的晶粒尺寸比6061铝合金的小;在6061铝合金一侧的热影响区,随着转速的增加析出相的尺寸和密度都逐渐增大。5组焊接参数的焊接接头的最低硬度区均出现在6061铝合金一侧的热影响区,随着转速的升高接头的最低硬度也逐渐提高;焊接接头均断裂在最低硬度区,且随着转速的升高接头的抗拉强度也逐渐提高。     

工艺参数对Al-Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接接头力学性能的影响

目的研究工艺参数对Al-Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接接头力学性能的影响。方法采用搅拌摩擦焊-钎焊方法,在不同焊接工艺参数下焊接2A12-T4铝合金和AZ31镁合金。结果当焊接速度为23.5mm/min、旋转速度为375 r/min时,焊接接头的抗拉剪力达到最大,为5.5 kN,比搅拌摩擦焊接头的最大抗拉剪力的5.0 kN提高了10%。结论搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接的工艺参数会显著影响铝/镁异种金属接头力学性能,通过优化工艺参数能够获得力学性能优异的铝/镁异种金属焊接接头。复合焊接接头的抗拉剪力随着焊接速度的增大呈现先增大后减小的趋势。     

铝/钢搅拌摩擦辅助铆接接头界面特性研究

目的探究搅拌摩擦辅助铆接铝/钢接头界面的结合特征,解决传统铆接力学性能较低的问题。方法采用搅拌摩擦焊技术实现了对3mm厚不锈钢板和4mm厚的铝合金板的搭接点焊,采用OM及SEM对铝/钢接头界面结合情况进行分析,并利用EDS对界面处元素分布进行分析。结果搅拌头转速1180 r/min、焊接时间120 s、下压量0.2 mm时,铝/钢接头界面结合较好,平均拉剪力达到6519 N,且在铝/钢界面处产生FeAl金属间化合物。受摩擦热作用的影响,位于下板的铝母材晶粒发生长大变粗,铝铆钉与铝板结合紧密,铝铆钉与铝板的结合情况受搅拌头压力的影响更为显著。结论搅拌摩擦辅助铆接铝/钢异种合金,实现了铆钉与铝板和钢板的有效冶金结合,在铝钢结合界面处存在原子的互扩散现象,且有相应的金属间化合物生成。     

汽车用铝钢无匙孔搅拌摩擦点焊接头组织及界面特征研究

随着轻量化技术的发展，镀锌钢板与铝合金等异种金属连接在现代汽车工业中的应用越来越多，回抽式无匙孔搅拌摩擦点焊具有热输入低、焊缝晶粒细小、接头力学性能高等优点，在铝合金等轻金属焊接领域具有很大的优势。本工作使用回抽式搅拌摩擦点焊技术，成功实现了0.7 mm厚的镀锌钢板与2 mm厚的铝合金板的无匙孔搅拌摩擦点焊连接。在不同的焊接转速下，对铝钢异种金属进行无匙孔搅拌摩擦点焊实验研究，分析了无匙孔搅拌摩擦点焊接头的剪切性能、断口形貌、各区微观组织、界面区特征及连接机理。研究结果表明，转速为1 200 r/min、压入量为0.2 mm、焊接时间为15 s时焊接接头最佳，具有最好的力学拉伸性能，断裂位置为热机影响区；通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)对接头的微观形貌以及断口形貌进行观察分析发现，在搅拌区接头界面形成了约6μm厚的金属间化合物，为AlFe₃、Al₁₃Fe₄、AlFe；各位置处金属间化物的形貌与厚度不同，断裂方式为混合断裂机制，界面处的连接为机械结合和冶金结合两种接合方式。     

Investigation of laser welding on butt joints of Al/steel dissimilar materials

Dissimilar metals of AA6013 aluminum alloy and Q235 low-carbon steel of 2.5 mm thickness were butt joined using a 10 kW fiber laser welding system with ER4043 filler metal. The study indicates that it is feasible to join aluminum alloy to steel by butt joints when zinc layer was hot-dip galvanized at the steel’s groove face in advance, and better weld appearance can be obtained at appropriate welding parameters. The joints had dual characteristics of a welding joint on the aluminum side and a brazing joint on the steel side. The smooth Fe₂Al₅ layer adjacent to the steel matrix and the serrated-shape FeAl₃ layer close to the weld metal were formed at the brazing interface. The overall thickness of Fe–Al intermetallic compounds layers produced in this experiment were varied from 1.8 μm to 6.2 μm at various welding parameters with laser power of 2.85–3.05 kW and wire feed speed of 5–7 m/min. The Al/steel butt joints were failed at the brazing interface during the tensile test and reached the maximum tensile strength of 120 MPa.     

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%。     

船用5083铝合金厚板搅拌摩擦焊接工艺研究

研究了30 mm厚铝合金5083板材双面对接焊不同焊接速度和旋转速度的焊接参数组合对焊接接头成型质量及力学性能的影响,结果表明,当焊接参数处于旋转速度为400 r/min~600 r/min,焊接速度为80mm/min~120 mm/min的工艺参数窗口内时,可以获得焊缝成型质量与抗拉性能优异的焊缝。     

冷金属过渡条件下AZ61镁合金在两种钢板上的润湿行为

采用动态座滴法研究冷金属过渡条件下,AZ61镁合金分别在Q235钢板和镀锌钢板表面的润湿行为及其界面微观结构。结果表明:润湿行为与焊接工艺参数中的送丝速率密切相关;无论基板采用镀锌钢还是Q235钢在界面处均观察到Al-Fe金属间化合物层,其形成符合热力学形成条件;在Q235钢表面润湿时,送丝速率增加,界面反应变得剧烈,因而润湿性变好,在镀锌钢表面润湿时,送丝速率增加,加剧锌的挥发,使裸露的表面显金属性,因而润湿性变好;当送丝速率≤10.5m·min~(-1)时,镁在Q235钢板上的润湿性要好于镀锌钢板,且后者锌的挥发将导致工艺不稳定。