铝合金搅拌摩擦焊接头的组织缺陷与工艺参数关系的研究

通过改变搅拌头下压量、转速、焊接速度对3 mm厚6061铝合金板进行了搅拌摩擦焊试验,对接头的组织和力学性能进行了检测分析。结果表明,较小的下压量会造成未焊透缺陷和弱结合缺陷。焊接热输入过高时,材料的流动性过高,采用无螺纹的搅拌针无法正常挤压推动其填充空腔,形成孔洞缺陷;焊接热输入过低时,也会造成孔洞缺陷。要合理匹配搅拌头转速和焊接速度,焊接速度低时,转速也应较低,反之,焊接速度高时,必须相应提高转速,才能有效抑制孔洞缺陷。     

搅拌摩擦焊接参数对5052铝合金焊接接头性能的影响

以5052铝合金为对象,研究搅拌摩擦焊接参数对其焊接接头性能的影响。结果表明,当搅拌头转速不断提高时,焊缝前进一定的距离内,主轴的转动次数变多,从而热输入量增多,便于焊缝的形成,但是输入量太大时,就会造成接头表面的黏度降低,导致焊缝表面出现大量微小颗粒。当搅拌头转速为800~1600r/min,焊接速度为80~560 mm/min,可以获得力学性能优良的焊接接头。搅拌头转速至800 r/min后逐渐趋于稳定,接头的抗拉强度约为197 MPa。     

AZ91D薄板搅拌摩擦焊

实现了厚度为2.2 mm铸造镁合金AZ91D薄板的搅拌摩擦焊和钨极氩弧焊,分析了搅拌摩擦焊工艺参数对焊接接头成形的影响和接头组织变化,考察了搅拌摩擦焊接头的力学性能.在搅拌头旋转速度为1 380 r/min时得到了比较理想的焊接接头,而1 960 r/min的转速过大.接头不同区域所受的机械力和热量不同,显微组织明显不同.搅拌区晶粒细小,显微硬度和强度都有所提高.搅拌摩擦焊接头力学性能与热输入有关;与氩弧焊接头相比,搅拌摩擦焊接接头的性能更好.     

2205双相不锈钢搅拌摩擦焊接头组织和性能

采用不同搅拌头转速,研究了搅拌头转速对4 mm厚2205双相不锈钢板材搅拌摩擦焊接头组织及性能的影响. 结果表明,当焊接速度为50 mm/min时,搅拌头转速在600 ~ 800 r/min的范围内,均可获得表面成形良好且内部无缺陷的接头.接头搅拌区在动态再结晶的作用下组织得到细化,硬度值较高,热影响区在焊接热作用下组织粗化,硬度值较低.整个接头的铁素体含量在50% ~ 60%范围内,且随着转速的升高搅拌区的铁素体含量有所增加. 当转速为600 r/min时,接头的抗拉强度达到最大824 MPa,为母材的97.3%,断裂位置为接头的热影响区.     

搅拌头尺寸对搅拌摩擦焊补焊的影响

分别采用8.5 mm长小搅拌头和24 mm长大搅拌头补焊具有表面沟槽缺陷的42 mm厚的Al-Mg-Si合金FSW试板。试验结果表明,搅拌摩擦焊补焊工艺能够修复具有表面沟槽缺陷的FSW试板。两种搅拌头补焊的焊接接头焊核区晶粒比较细小。大搅拌头补焊焊道与原焊道的重叠区硬度下降明显,对接头的硬度影响范围比小搅拌头补焊时的大。拉伸结果显示,小搅拌头补焊接头抗拉强度比大搅拌针补焊的高16 MPa,屈服强度比大搅拌头的高6 MPa。大搅拌头补焊时带来的热输入高且影响范围大,会造成焊接接头力学性能下降,所以在满足消除缺陷的前提下,尽量选择短小的搅拌头进行补焊。     

铝/铜异种金属双面搅拌摩擦焊接成形及接头力学性能

对12 mm厚的1060纯铝与T2紫铜进行了双面搅拌摩擦焊接,研究了焊接速度对焊缝成形与接头力学性能的影响。结果表明：在搅拌头转速为600 r/min的条件下,当焊接速度为30～50 mm/min时,焊接速度对接头力学性能影响较小,接头均断裂于铝母材一侧;当焊接速度为30 mm/min时,获得了无缺陷的焊接接头;当焊接速度为40～50 mm/min时,接头出现扁平状小孔洞缺陷,此时,由于搅入焊缝的铜与铝混合形成复合材料结构,增强了焊缝性能,因此,其接头强度仍高于纯铝母材的;当焊接速度超过60 mm/min时,热输入降低引起材料流动不足,在接头内形成贯穿焊缝的孔洞缺陷,使接头承载面积减小,抗拉强度降低。搅拌区中部受到搅拌头两次热力搅拌作用,硬度最高。此外,由于第一道焊缝引起工件变形,在相同下压量的情况下,第二道焊缝相对于第一道焊缝压力略低、热输入较小,使得焊缝底部(即第二道焊缝)的硬度低于焊缝上部(即第一道焊缝)的,且第二道焊缝更易出现孔洞缺陷。综合考虑焊接效率和接头性能,50 mm/min为最优焊接速度,此时接头性能与铝母材的相当,抗拉强度为75.6 MPa,伸长率为26%。     

焊接速度对6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

文中研究了转速和热输入特征值WP一定两种条件下焊接速度对6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头力学性能的影响. 结果表明,转速一定时,接头抗拉强度随焊接速度的增加呈先增大后减小的趋势;热输入特征值WP一定时,随着焊接速度的增加,接头的抗拉强度持续减小;接头呈现出三种断裂方式,分别为发生于热影响区的Ⅰ型断裂、发生于焊核区的Ⅱ型断裂和发生于热力影响区的Ⅲ型断裂;Ⅰ型断裂和Ⅱ型断裂为韧性断裂;Ⅲ型断裂为包含韧性断裂和脆性断裂的混合型断裂;接头拉伸断裂位置并非总出现在硬度最低处;焊接速度小于1 000 mm/min时,WP ≤ 1有利于提高接头力学性能,而焊接速度大于1 000 mm/min时,WP > 1更有利于提高接头力学性能.     

焊接速度对5083铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

采用搅拌摩擦焊对3 mm厚的5083-O态铝合金板材进行焊接,在搅拌头转速为800 r/min、焊接速度为60~300 mm/min的条件下,考察了接头的外观形貌、微观组织和力学性能。当焊接速度为60~150 mm/min时,均能获得外表平整、内部无缺陷的焊接接头。当焊接速度为200~300 mm/min时,接头出现了孔洞缺陷。从焊缝中心到两边分别为搅拌区、热力影响区、热影响区和母材区,搅拌区由于动态再结晶产生了细小的等轴晶,硬度比母材高。焊接速度为60mm/min时获得的接头抗拉强度为316MPa,断后伸长率为21.2%,通过断口分析,接头断口存在大量细小的韧窝和解理平面,为韧性和脆性混合型断裂。     

1561铝合金搅拌摩擦焊接过程压力特征及接头组织性能分析

采用恒压力控制方式对4 mm厚1561新型高镁铝合金板材进行了搅拌摩擦焊接试验，并对焊接过程中搅拌头压力特征、接头微观组织以及力学性能进行了研究. 结果表明，焊接下扎阶段下压力呈先上升后下降再上升的趋势. 稳定焊接阶段，由于材料力学性能的周期性变化导致下压力呈近似正弦周期性变化. 固定焊接速度为200 mm/min，当转速低于800 r/min或高于1 800 r/min时，焊缝产生孔洞缺陷. 当转速超过1 000 r/min时，搅拌区产生"S"线. 接头抗拉强度在低转速时主要受接头金属强度影响，高转速时主要受"S"线分布特征影响. 随搅拌头转速的增加，接头抗拉强度先上升后下降.     

搅拌头形貌对AZ31镁合金板材FSW接头力学性能的影响

采用不同形貌的搅拌头对6.2 mm厚AZ31镁合金板材进行搅拌摩擦焊接试验,研究了搅拌头形貌对接头力学性能的影响。结果表明,旋转速度为1500 r/min,焊接速度为80 mm/min时,使用T1双圆环搅拌头得到的接头力学性能最好,焊缝在材料厚度方向上的尺寸变化呈均匀过渡趋势,焊缝表面比较美观。接头的硬度基本上与母材相当,只有热影响区硬度略有下降。     

6005A-T6铝合金低转速双轴肩搅拌摩擦焊接头组织及力学性能

研究了6005A-T6铝合金低转速(400r/min)双轴肩搅拌摩擦焊接头的组织及性能。结果表明,焊接速度从300 mm/min增加到600 mm/min时,接头成形良好,由热影响区(HAZ)、热机影响区(TMAZ)和焊核区(WNZ)组成,横截面宏观形貌在厚度和宽度方向均呈明显的对称性;各区域微观组织有明显的差异,HAZ组织因仅受到热循环作用,晶粒变得粗大、强化相溶解,是性能最薄弱的位置;接头抗拉强度随焊接速度的增加呈先小幅增加后减小的趋势,焊接速度为400 mm/min时,抗拉强度达到最大值,接头伸长率随焊接速度变化波动较小;接头显微硬度呈"W"型分布,且焊接速度对其影响较小;低转速焊接时较低的热输入是接头力学性能稳定的主要原因。     

Q235钢搅拌摩擦焊接头微观组织与力学性能分析

在焊接速度为100 mm/min和搅拌头转速为450 r/min的工艺参数下,采用钨铼合金搅拌头对3 mm厚Q235钢进行了搅拌摩擦焊试验,并对接头的微观组织及力学性能进行了研究. 结果表明,在该工艺参数下可以获得表面无缺陷、成形良好的焊缝. 焊后搅拌头表现出一定程度的磨损及氧化. 接头截面各区域承受不同的热力联合作用,经历了不同的组织转变过程,但均保持铁素体和珠光体组织. 接头显微硬度最大值位于焊核区. 接头拉伸断裂位置处于热影响区,拉伸断口呈韧性断裂特征.     

工艺参数影响2060铝锂合金搅拌摩擦焊接头的成形规律

以在航空领域有广泛应用前景的2 mm厚2060-T8 Al-Li合金为研究对象,进行了搅拌摩擦焊对接接头的试验分析,重点研究焊接工艺参数影响焊接接头成形的规律.研究结果表明,呈碗形的焊缝由轴肩作用区与焊核区组成;轴肩作用区的等轴晶的晶粒大于焊核区.当搅拌头的转速为800 r/min且焊接速度为80 mm/min时,焊接接头的表面成形良好且内部无缺陷.与800 r/min,80 mm/min相比,提高旋转频率或降低焊接速度,焊缝表面变得较粗糙;降低旋转频率或提高焊接速度,焊缝内部会出现隧道型缺陷.     

6063-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头组织及力学性能分析

对4 mm厚6063-T6铝合金进行了双轴肩搅拌摩擦焊接试验. 结果表明,双轴肩搅拌摩擦焊可以实现6063-T6铝合金的焊接,得到表面成形良好且内部无缺陷的接头. 接头宏观形貌为哑铃状,其微观形貌分为焊核区、热力影响区、热影响区及母材区. 在搅拌头转速为1 200 r/min,焊接速度为400~700 mm/min的工艺区间内,接头强度呈先升高后降低的趋势,最高可达181.64 MPa,为母材的68.5%,硬度分布呈W状分布,接头断裂位置位于前进侧热影响区,断裂方式为韧性断裂.     

对接间隙对双轴肩搅拌摩擦焊接头成形与性能的影响

利用双轴肩搅拌摩擦焊能够成功实现铝合金中空及密闭结构的焊接,但在实际焊接过程中由于板材制造精度误差或装配间隙等问题会降低接头的成形和力学性能。针对该问题,文中研究了0～1.0 mm的对接间隙对4.0 mm厚6082-T6双轴肩搅拌摩擦焊接头成形和力学性能的影响。结果表明,随着对接间隙的增加,上下轴肩之间的金属难以完全填充焊缝,在“挤压-抽吸”作用下,下轴肩作用区容易产生孔洞缺陷,降低焊接接头的力学性能。当搅拌头旋转速度为700 r/min、焊接速度为300 mm/min、对接间隙为0～0.3 mm时焊接接头成形和力学性能较好。     

搅拌头偏移对Ti/Al异种金属搅拌摩擦焊接头成形及拉伸强度的影响

采用搅拌摩擦焊(FSW)完成了3 mm厚TC4钛合金和2A14-T14铝合金的连接,研究了搅拌头偏移对接头的成形及拉伸性能的影响。结果表明在搅拌头向铝合金侧的偏移对接头的最大抗拉强度有显著的影响。接头最大抗拉强度随搅拌头的偏移量的增加逐渐升高。在偏移量为2.0 mm、搅拌头转速从400 r/min增加到700 r/min时,接头的最大抗拉强度逐渐降低。在偏移量为2.5 mm、接头的最大抗拉强度随转速的增加逐渐升高。当在搅拌头转速为700 r/min, 焊接速度为60 mm/min时,所得接头强度最高,约347 MPa,为铝合金母材的83 %。接头的断裂位置和拉伸强度均取决于微观组织和金属间化合物。对于强度最高的接头,由于TiAl相的生成,接头于铝合金侧热影响区发生断裂。     

搅拌头偏移对Ti/Al异种金属搅拌摩擦焊接头成形及拉伸强度的影响（英文）

采用搅拌摩擦焊(FSW)完成了3 mm厚TC4钛合金和2A14-T14铝合金的连接,研究了搅拌头偏移对接头的成形及拉伸性能的影响。结果表明在搅拌头向铝合金侧的偏移对接头的最大抗拉强度有显著的影响。接头最大抗拉强度随搅拌头的偏移量的增加逐渐升高。在偏移量为2.0 mm、搅拌头转速从400 r/min增加到700 r/min时,接头的最大抗拉强度逐渐降低。在偏移量为2.5 mm、接头的最大抗拉强度随转速的增加逐渐升高。当在搅拌头转速为700 r/min,焊接速度为60 mm/min时,所得接头强度最高,约347 MPa,为铝合金母材的83%。接头的断裂位置和拉伸强度均取决于微观组织和金属间化合物。对于强度最高的接头,由于TiA l相的生成,接头于铝合金侧热影响区发生断裂。     

6082-T6铝合金无减薄搅拌摩擦焊接头组织与性能

为解决传统搅拌摩擦焊接过程中的焊缝减薄问题,以轨道交通领域常用的6082-T6铝合金作为研究对象,从轴肩下压量为零的角度出发,通过轴肩端面圆形内凹槽及搅拌针周向螺纹复合三铣平面的设计,获得了无减薄且成形良好的焊接接头. 结果表明,当焊接速度一定时,转速的增加可提高焊接热输入,抑制焊缝缺陷的产生. 相较于转速400, 600 r/min下的接头可焊区间得到了有效拓宽,焊接速度最高可达400 mm/min;焊接过程的热循环受焊接速度与转速的耦合作用. 焊接热循环过大,焊缝易出现粗大组织,影响焊接接头的强度. 在转速600 r/min、焊接速度500 mm/min的参数下,接头抗拉强度达254 MPa,为母材强度的80%.     

不同倾角下2219铝合金搅拌摩擦焊接头的组织及力学性能

针对焊接速度为200 mm/min,转速为500 r/min,压入量为0.1～0.15 mm的情况下,研究了改变搅拌头倾角对厚度为6 mm的2219CS铝合金板材对接搅拌摩擦焊焊接接头的影响情况,结果表明:随着倾角的增大,搅拌针对接接头塑性区域的搅拌作用也呈现倾斜的状态,抗拉强度逐渐降低,由339.3 MPa降低至278.5 MPa,但当倾角为0°～4°时,对抗拉强度及显微硬度的影响不明显,降低幅度仅为3.6%;当倾角为5°时,在接头底部产生缺陷,使接头的力学性能出现致命性的破坏;显微硬度变化不明显。     

不同转速对6005A-T6双轴肩搅拌摩擦焊接头性能的影响

在不同搅拌头转速下对4 mm厚的6005A-T6铝合金进行双轴肩搅拌摩擦焊,通过拉伸、弯曲、金相、显微硬度等试验研究,结果表明:当焊接速度为500 mm/min、搅拌头转速为500~600 r/min时,表面成形较好,内部也没有隧道等缺陷。随着转速的增加,搅拌区的硬度值变化不大,热影响区的宽度有所增加,硬度最低值出现在前进侧热影响区。随着搅拌头转速的增加,接头的抗拉强度先增大后降低,当转速为500 r/min时,抗拉强度达到最大值为220 MPa,为母材抗拉强度的86.47%。