AZ31B镁合金搅拌摩擦焊接头组织与性能

对挤压态变形镁合金AZ31B进行搅拌摩擦焊连接。实验结果表明，可获得优质的焊接接头，接头抗拉强度可达母材的92．4％，但适当的工艺参数选择范围较窄。对焊缝的端面微观组织特征分析发现：焊核与母材组织差异极大．焊核区形成细小、均匀的再结晶组织，热力影响区呈层状分布且较宽，热影响区晶粒存在不明显的部分再结晶长大。前进侧热力影响区氧化物、杂质富集层的存在和应力集中是造成接头力学性能下降的主要原因。     

AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头力学性能

成功实现了2．5mn厚AZ31镁合金的搅拌摩擦焊接。焊接参数的选择决定接头的力学性能，通过拉伸和弯曲试验，分析了焊接参数的选择对接头性能的影响。试验结果表明，当焊接速度为75～150mm／min，旋转速度为900～l500r／min之间时，可以得到性能好的接头。为简化焊接参数的选择，同时考虑焊接速度和旋转速度的相互影响。提出一个新的评定参数R/ε，即单位长度上的旋转次数，并分析R/v与接头性能之间的关系。结果表明，iv R/r=8～15时，接头性能良好，可知，当焊接速度和旋转速度的选择在一个比较合理的范围时，R／v可以作为搅拌摩擦焊接参数选择的依据。     

镁合金AZ31搅拌摩擦焊接头的微观组织

采用搅拌摩擦焊接法焊接了镁合金AZ31, 研究了焊接参数对焊接接头微观组织和显微硬度的影响. 结果表明 焊接接头成形良好, 焊缝没有气孔、裂纹和夹渣, 焊缝区的显微硬度比母材稍有降低, 但降低幅度不大.     

AZ31B镁合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能

对我国航天工业中常用的6.6 mm厚的AZ31B镁合金进行了搅拌摩擦焊试验,获得了型面良好、表面质量光滑、检测无缺陷的焊接接头。对比分析了镁合金在不同工艺参数下的焊接接头拉伸、硬度以及断裂等力学性能;同时,研究了AZ31B镁合金搅拌摩擦焊在不同区域的显微组织结构。结果表明,焊接接头抗拉强度达到250 MPa,为母材的89.3%,焊接接头硬度大于母材硬度,接头断裂位置位于前进边热力影响区附近;焊核区晶粒大小均匀,热力影响区晶粒大小不一,存在焊核区塑性流动和搅拌头的转动双重作用结构,从而论证了航天AZ31B镁合金搅拌摩擦焊的可行性。     

AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头组织和冲击性能分析

采用搅拌摩擦焊方法对厚度为6 mm的AZ31镁合金轧制板进行对接焊,研究了其焊接接头的微观组织和冲击性能.结果表明:焊接接头的焊核区组织为细小、均匀的等轴晶,热影响区晶粒局部细化;焊接接头的冲击性能高于母材;其冲击断口虽均呈韧脆混合型,但焊核、热影响区的塑性断裂特征较母材明显.     

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。     

AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头腐蚀行为

系统的研究了AZ31镁合金搅拌摩擦焊焊接接头在NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明,AZ31镁合金搅拌摩擦焊焊缝的腐蚀电位和母材相近,而母材的腐蚀电流密度为0.45 m A·cm~(-2),焊缝的为1.63 m A·cm-2,后者是前者的近4倍。由于焊接接头的焊缝区受到晶粒尺寸及β相析出的影响,导致焊缝耐蚀性能比较差,腐蚀最先从焊缝区域产生。腐蚀初期母材的抗腐蚀能力比焊缝的抗腐蚀能力强,但当焊缝区域进入自保护状态时,母材腐蚀速率将大于焊缝区域。     

AZ31镁合金双面对称搅拌摩擦焊接头疲劳性能

针对搅拌摩擦单面焊两侧热输入不均匀性导致疲劳强度低的问题,采用双面对称搅拌摩擦焊方法对10 mm厚的AZ31镁合金板材进行焊接,并研究其疲劳性能. 结果表明,双面对称搅拌摩擦焊接头的屈服强度为130 MPa,与单面焊的屈服强度123 MPa相比提高了5%;其疲劳极限为88 MPa,比单面焊接头的50 MPa提高了76%;双面对称接头疲劳裂纹萌生在上/下侧的前进侧位置,并跨越上/下侧焊缝交界面,最终在下/上侧焊缝的后退侧RS区域瞬断,其疲劳断口均为以解理特征为主的脆性断裂. 双面对称焊接头其中一面应变范围与单面搅拌摩擦焊的应变较高的后退侧接近. 通过双面搅拌摩擦焊接的镁合金接头疲劳强度得到了大幅度提升,疲劳寿命得到了延长.     

AZ31镁合金双面对称搅拌摩擦焊接头疲劳性能

试验选用ZK61, AZ31, AZ61和AZ91镁合金进行焊接凝固裂纹敏感性的分析. 首先进行了双速模式下的横向移动裂纹敏感性试验,获得了4种镁合金的临界横向移动速度,并对凝固裂纹敏感性进行了评估和排序：ZK61 > AZ31 > AZ61 > AZ91,与单速模式试验结果以及基于│dT/d(f_S)^1/2│_max作为裂纹敏感指数得到的计算预测结果一致,验证了双速模式的横向移动裂纹敏感性试验用于评估镁合金凝固裂纹敏感性的有效性.凝固裂纹尖端及周边存在液相回填特征,ZK61镁合金的晶间回填液相呈非连续状且回填通道较窄,难以起到愈合裂纹效果,增大了凝固裂纹敏感性;AZ91镁合金液相回填通道宽度最大,有利于晶间液相回填,降低了凝固裂纹敏感性.     

AZ91D镁合金搅拌摩擦焊接头组织与性能

采用搅拌摩擦焊对AZ91D镁合金进行焊接试验,研究了搅拌摩擦焊接头的组织与性能.结果表明,当转速为1 000～1 400 r/min、焊速为50～150 mm/min时,均可得到表面成形良好、内部无孔洞和隧道的焊缝;焊接区与母材组织差异极大,焊接区形成细小、均匀的再结晶组织,具有锻造组织特征;热影响区为部分再结晶组织,再结晶晶粒沿原铸造晶粒的晶界生长;对接头进行拉伸试验,断裂发生在母材处,表明接头的抗拉强度高于母材.     

AZ31镁合金搅拌摩擦点钎焊接头微观组织和力学性能

研究了几种钎料及硬质相(锌钎料、锡钎料及SiC硬质相颗粒)对镁合金搅拌摩擦点钎焊接头微观组织、剪切力及硬度分布的影响。结果表明,加入锌钎料时,钎料能充分与母材发生冶金反应,生成MgZn2硬质相,焊核区的硬质相阻碍了金属的塑性流动,且在钎焊区会形成较大的钎焊界面,焊接接头剪切力从3．5 kN提升到了5．8 kN,且焊接接头具有较高的硬度。     

工艺参数对AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

基于耦合的欧拉—拉格朗日(CEL)模型,建立了高可靠性、高精度的搅拌摩擦焊7055铝合金热力耦合计算模型,开展了焊接工艺参数对7055铝合金焊接接头温度、等效应变以及缺陷预测结果的影响规律的研究,并分析和讨论了搅拌摩擦焊试验验证模拟结果的可靠性. 7055铝合金搅拌摩擦焊CEL模型预测结果表明,温度和等效塑性应变与转速呈正比,与焊接速度呈反比,这主要与焊接工艺参数影响轴肩与7055铝合金的摩擦生热及材料的流动,使焊接温度和等效塑性应变值发生变化有关.当焊接速度在60 − 300 mm/min、转速在300 − 1 200 r/min范围内,焊接温度均低于7055铝合金熔点,当焊接速度增加到300 mm/min时,由于产热不足,温度和等效塑性应变均降低,此时在焊接接头处容易产生孔洞缺陷.7055铝合金搅拌摩擦焊试验结果表明,当转速为600 r/min、焊接速度为180 mm/min时,7055铝合金接头组织致密,接头抗拉强度达到489 MPa,断后伸长率为4.0%.当焊接速度提高至300 mm/min时,接头抗拉强度为411 MPa,断后伸长率仅为1.0%.这与产热不足导致接头处结合较差有关,与模拟结果一致.     

工艺参数对AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

以AZ31镁合金为研究对象,采用数值模拟和工艺试验相结合的方法,系统研究了焊接工艺参数对搅拌摩擦焊接头温度场分布、微观组织以及力学性能的影响. 有限元数值模拟的结果表明,随着转速的增加或焊接速度的降低,接头产热逐渐增加,接头上层温度明显高于下层温度,说明搅拌摩擦产热主要来源于轴肩的摩擦运动,而搅拌针摩擦运动和材料的塑性变形只提供了少量的产热. 工艺试验结果表明,随着焊接速度的增加,接头晶粒尺寸降低,且组织均匀性得到改善. 随着转速的增加,接头晶粒尺寸不断增大,过渡区晶粒的均匀性变差. 拉伸过程中裂纹在焊核区与热力影响区之间的界面处萌生和扩展. 其中,转速为1400 r/min、焊接速度为300 mm/min的接头具有较好的力学性能,断后伸长率为16.5%,抗拉强度为252 MPa,分别达到母材的75%和90%.     

AZ31镁合金搅拌摩擦焊接显微组织形成机制

搅拌摩擦焊接显微组织的一个显著特征就是焊核(Weld Nugget)的形成。采用AZ31镁合金为母材，通过金相和透射电镜分析搅拌摩擦焊接焊核的形成机制及接头不同区域的显微组织特征，并建立AZ31镁合金搅拌摩擦焊接的组织演变模型。结果显示，紧靠轴肩生成厚度约为37gm～47gm细密组织层。机械热影响区存在部分动态再结晶和较明显的塑性变形晶粒。焊缝底部有一厚约100gm～130gm的粗大组织层。熔核区的组织比较细小，沿厚度方向晶粒大小不均匀。同时提出一个焊核晶粒细化的简易模型，分析认为焊接过程中热过程和热机械搅拌作用对FSW接头组织的形成起决定性作用。     

AZ61A镁合金搅拌摩擦焊接头组织与性能研究

通过拉伸、弯曲、金相、硬度以及脉动拉伸对采用搅拌摩擦焊焊接工艺的型号为AZ61A的4 mm镁合金进行焊接性能研究。试验结果表明:4 mm拉伸试件的断裂位置均位于热影响区,抗拉强度满足标准要求;所有的面弯和背弯试件均未出现断裂,弯曲性能较好;搅拌摩擦焊接头热影响区部分晶粒有所长大,焊核区为细小的等轴晶,组织由α(Mg)相和沿晶界分布的β(Mg17Al12)相组成,热机影响区晶粒大小不均匀,可观察到较明显的塑性流变带结构;焊核区的硬度分布近似为均值,且与母材的相差不大,热影响区的硬度最低;从脉动疲劳试验结果可以判定断裂位置在热影响区,为韧性断裂和准解理断裂的组合。     

AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头疲劳裂纹扩展行为

利用红外热像技术对AZ31镁合金搅拌摩擦焊焊接接头不同区域的疲劳裂纹扩展行为进行了研究。研究发现,在疲劳裂纹扩展过程中试件表面温度演变可以分为三个阶段:温度缓慢上升阶段,温度平衡阶段,温度快速上升阶段,温度的变化与裂纹尖端的变形有关;与前进侧和后退侧试样相比,焊缝中心在疲劳裂纹扩展过程中具有最快的裂纹扩展速率和最高的表面温度,这与焊缝中心区域材料整体具有较大的Schmid因子有关,Schmid因子越大,材料越容易变形。本研究对于镁合金在生产结构中的安全应用提供参考依据。     

焊接参数对AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头组织和力学性能的影响

研究了板厚为6mm的AZ31镁合金搅拌摩擦焊工艺,并对接头的断裂机制进行了考查。在转速为1000r/min,焊接速度为60～300mm/min条件下获得表面平整,无缺陷的焊缝。与母材相比,搅拌区的晶粒得到明显细化。随焊接速度增加,搅拌区的晶粒尺寸减小。搅拌区的硬度高于其他区域。焊接速度为150mm/min时,接头拉伸强度最高,达到母材的92.7%。断裂多发生在热影响区,热影响区晶粒粗大且分布不均,显微硬度最低,是焊接接头的薄弱环节。     

ZK60/AZ31异种镁合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能研究

研究了ZK60/AZ31异种镁合金搅拌摩擦焊接头的显微组织、微区织构、显微硬度和力学性能。结果表明,ZK60合金侧和AZ31合金侧焊缝区的晶粒尺寸都相对母材更加细小,且ZK60合金侧热影响区、冠状区和搅拌区的平均晶粒尺寸都要小于AZ31合金侧相应区域;ZK60/AZ31镁合金焊接接头的屈服强度在AZ31合金母材和ZK60合金母材之间,而断后伸长率远小于两种合金母材;ZK60合金侧搅拌区边部、搅拌区中心和AZ31合金侧搅拌区边部的孪晶体积分数分别为7.7%、2.8%和32.3%;ZK60/AZ31镁合金焊接接头的断裂位于后退侧AZ31合金侧过渡区与搅拌区界面处。     

AZ31镁合金搅拌摩擦焊工艺及组织性能研究

对轧制态AZ31镁合金进行搅拌摩擦焊试验。结果表明：n／v;E10～25范围内,焊缝表面成形良好,n／v过大或过小焊缝中均会产生缺陷。焊核区为细小、均匀的等轴晶;热力影响区晶粒局部较细小,有明显的变形;热影响区晶粒粗大;母材晶粒大小不均匀。焊核区与前进边热力影响区的交汇处,晶粒发生了扭曲,为接头的薄弱环节。接头抗拉强度最大值为207．2MPa,达母材强度的86．2％。随着焊接速度的增加,接头抗拉强度先增大后减小。     

搅拌头转速对AZ31镁合金厚板搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

选用9.8 mm厚AZ31镁合金进行搅拌摩擦焊对接试验,探究搅拌头转速对焊接接头力学性能和表面成型的影响。结果表明,接头的力学性能随搅拌头转速的增加呈先增大后减小的趋势。过低的搅拌头转速会造成热输入不足,产生隧道缺陷,降低接头力学性能;搅拌头转速过高会造成热输入过大,也会降低接头的力学性能。当选择转速800r/min,焊接速度180 mm/min时,接头力学性能最好,拉伸断口呈韧性断裂,无缺陷。