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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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.     

厚板AZ31镁合金搅拌摩擦焊焊接接头的组织与性能

对10mm厚板A231镁合金成功进行了搅拌摩擦焊接,获得成形良好、表面光滑、无裂纹、无气孔的焊接接头.研究该搅拌摩擦焊接头不同区域的显微组织特征,并通过拉伸、冲击和硬度试验分析了焊接接头的力学性能.结果表明,焊缝中心区是均匀细小的等轴晶粒,热力影响区晶粒大小不均匀,存在较明显的塑性流变带结构;焊接接头的抗拉强度达到母材的80%以上,焊接接头的冲击韧性比母材高,焊接接头的显微硬度比母材稍有降低,焊接接头具有较好的力学性能,说明搅拌摩擦焊是焊接厚板镁合金的一种有效方法.     

镁合金厚板载流搅拌摩擦焊接头的组织与力学性能

采用载流搅拌摩擦焊方法进行20 mm厚AZ31B镁合金厚板的单面单道次对接焊实验,并测试和分析接头内部缺陷、金相组织、物相组成和力学性能。结果表明:该方法可以使镁合金厚板获得较佳质量的焊接接头;接头焊核区由α-Mg相组成且晶粒显著细化;接头系数达94.5%,接头正弯强度、背弯强度和冲击吸收功分别达到母材的122.5%、103.8%、168%;接头硬度最低值位于前进侧热影响区。     

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镁合金搅拌摩擦对接焊接头性能及组织分析

在特定的工艺参数下通过搅拌摩擦焊对AZ31镁合金进行对接焊。借助光学显微镜、万能拉伸机、扫描电镜研究了试样的显微组织和焊接速度对接头性能的影响。结果表明:当旋转速度为1200 r/min,其他参数固定时,焊接速度在60~80 mm/min范围变化,可以得到成型美观、性能良好的对接接头,但是,当焊接速度为42 mm/min时,在前进侧出现隧道型孔洞缺陷;随着焊接速度的增加,焊核区晶粒尺寸减小;当转速为1200 r/min,焊接速度为60 mm/min时,抗拉强度达到最大值222.6 MPa,焊缝强度达到母材的88.9%;焊缝的整体断裂形式是由解理断裂和韧性断裂组成的混合型断裂。     

AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳裂纹扩展行为

文中研究了AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀疲劳裂纹扩展行为。结果表明,在1% NaCl溶液(质量分数)中,AZ31镁合金接头各区域的腐蚀疲劳裂纹扩展门槛值和强度均低于在空气环境中的结果,但裂纹扩展速度较高。在空气环境下,在裂纹扩展起始阶段,母材区域门槛值最低,裂纹最容易扩展,而在裂纹稳定扩展区域,焊核区域的裂纹扩展速率最快,为da/dN = 7.80×10-6(ΔK)2.78,前进侧热力影响区的裂纹扩展速率最慢,为da/dN = 1.94×10-5(ΔK)1.73。在腐蚀疲劳环境下,母材区域的门槛值最小,最容易发生扩展行为,进入稳定扩展阶段时,后退侧热力影响区扩展最快,为da/dN =3.12×10-4(ΔK)1.71,焊核区域扩展最慢,为da/dN = 2.78×10-4(ΔK)1.50。AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头各区域的腐蚀疲劳裂纹扩展机理主要是裂纹尖端的阳极溶解和氢脆机理。裂纹扩展路径曲折复杂,裂纹中部发现裂纹“闭环”和分叉形貌,裂纹尾部细小,出现裂纹“跳跃”情况,裂纹尖端附近的施密特因子分布不均匀,裂纹尖端附近的组织整体呈现较软的取向,裂纹总是沿着易于滑移的软取向组织扩展。     

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%.     

温度及搅拌摩擦加工对AZ31镁合金力学性能的影响

在不同温度下对AZ31镁合金挤压型材实施了搅拌摩擦加工实验,利用光学显微镜和试样拉伸设备,研究了温度及搅拌摩擦加工对试样加工硬化率及力学性能的影响。研究表明:随着温度升高,母材和搅拌区材料的屈服强度和抗拉强度均减小,母材强度减小的较多;搅拌区材料的总伸长率和均匀伸长率均高于母材,温度达到100℃时,均达到最大值,分别为35%和33.5%;搅拌区材料室温及100℃的加工硬化率在较高应变量时仍能保持一定水平,而母材所有温度下的加工硬化率均随应变增大而大幅下降;母材的拉伸应变由非基面滑移和压缩孪晶主导,而搅拌区材料拉伸应变则转为由基面滑移和拉伸孪晶主导。     

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.     

AZ31B镁合金水环境搅拌摩擦焊接研究

对比研究了AZ31B镁合金空气环境搅拌摩擦焊接(Friction Stir Welding,FSW)和水环境搅拌摩擦焊接(Submerged Friction Stir Welding,SFSW)接头的微观组织与力学性能。结果表明:SFSW接头焊核区为细小等轴状再结晶晶粒。随着焊接速度的增大,焊核区晶粒尺寸增大,显微硬度值降低。FSW接头表层处的显微组织比中心处粗大,且分布不均匀;而SFSW接头表层处的显微组织比中心处明显细小。FSW接头的表层硬度值低于中心处的硬度;而SFSW接头的表层硬度值高于中心处的硬度。当旋转速度为950r·min-1、焊接速度为75mm·min-1时,SFSW接头的抗拉强度值达到最大,为母材强度的72%,拉伸断口表现为解理断裂特征。     

AZ31镁合金搅拌摩擦点焊

研究了搅拌头旋转频率以及停留时间对AZ31镁合金搅拌摩擦点焊接头力学性能的影响.随着旋转频率的增大,不同搅拌针条件下,AZ31搅拌摩擦点焊接头的力学性能均呈现先增大后减小的趋势.随着停留时间的延长,AZ31搅拌摩擦点焊接头的力学性能先增大随后在一定范围内波动.结果表明,结合宽度是影响搅拌摩擦点焊接头力学性能的重要因素,...