2A14-T4铝合金厚板搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能

随着工业技术的进步,航空航天、交通运输等领域对构件的承载能力提出了越来越高的需求,采用搅拌摩擦焊的方法对9 mm厚2A14-T4铝合金进行连接,并对高强铝合金厚板接头沿厚度方向不同区域的微观组织和力学性能进行研究 .结果表明,在转速400 r/min、焊接速度100 mm/min条件下能够获得表面成形良好的焊缝,接头抗拉强度为360 MPa,达到母材强度的83.9%. 接头微观组织沿厚度方向存在显著差异,焊缝上部、中部、下部晶粒尺寸逐渐减小,其平均直径分别为7.9,5.0和2.8 μm. 焊缝底部断口出现小而浅的等轴状韧窝.接头断裂位置和最低显微硬度均出现在接头后退侧的热力影响区;同时接头显微硬度呈现“W”形分布,且沿厚度方向分布存在差别,焊缝上部、中部、下部显微硬度最低值分别为99.9,97.9和94.7 HV.     

2219-T87铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊方法对8mm厚2219-T87铝合金进行了焊接.对接头的宏观形貌、微观组织、显微硬度及断口形貌进行了分析.结果表明,焊核区为细小的等轴晶粒,晶粒尺寸远小于母材;热机影响区发生了弯曲变形;热影响区组织出现了明显粗化.前进边热机影响区和焊核区形成明显分界线,后退边相对模糊.搅拌摩擦焊对接头各区域沉淀相分布形态有重要影响.接头室温拉伸强度可以达到母材的70%以上.沿焊缝横截面的显微硬度的分布显示,硬度最低点位于后退侧热影响区区域,断裂位置位于后退侧热影响区处,接头的断裂形式为韧性断裂.     

2024铝合金搅拌摩擦焊接头组织结构及力学性能

采用搅拌摩擦焊工艺实现3 mm厚的2024铝合金焊接,对接头搅拌区的组织结构及力学性能进行分析。研究表明,焊核区主要由再结晶和搅拌的双重影响而形成的细小等轴晶组织构成;热机影响区受焊核区剪切力及热循环的影响,晶粒大小不均匀并伴有晶粒变形的现象。力学性能分析表明,接头显微硬度分布特征与金相组织结构一致;当焊接速度为300 mm/min时,接头的抗拉强度达到294 MPa,为母材的69%,接头的断裂形式为韧窝和沿晶断裂特征的韧性和脆性断裂;接头的焊接残余应力以纵向应力为主,纵向残余应力峰值出现在前进侧轴肩作用的边缘处,焊接速度为300 mm/min时峰值达到164.5 MPa。     

5052铝合金薄板搅拌摩擦焊接头组织和力学性能研究

采用搅拌摩擦焊方法对2.2 mm厚的5052-H32铝合金薄板进行焊接,并对焊接接头进行了显微组织观察、拉伸性能及显微硬度测试.结果表明:其焊接接头晶粒明显细化,力学性能显著提高.当搅拌头旋转速度为700 r/min、焊接速度为150 mm/min时,焊接接头的抗拉强度达到215MPa,超出母材(198 MPa)9％,屈服强度达到120MPa,超出母材(86 MPa)39％,接头硬度达到72 HV,超出母材(61 HV)约18％.     

2024-T4铝合金水下搅拌摩擦焊接研究

分别在空气和循环水冷条件下对2024-T4铝合金板进行搅拌摩擦焊接(friction stir welding,FSW),研究了水冷介质对FSW接头组织性能的影响.结果表明:循环水冷介质具有明显的瞬时快冷作用,水冷介质下FSW可以显著细化晶粒,并抑制焊核区析出相的生长,焊核区的平均晶粒尺寸达到700 nm,析出相尺寸达到30～200 nm.水冷介质减弱了FSW接头的热软化效应,改善了接头的组织和性能,使焊核区HV显微硬度值提高了234 MPa,接头抗拉强度提高了52.2 MPa,但试样延伸率有所下降.     

6061-T6/7075-T6异种铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能

利用搅拌摩擦焊实现了2 mm厚7075-T6/6061-T6异种铝合金连接,并对材料放置位置和转速对接头成形与组织性能的影响进行了分析. 结果表明,7075-T6铝合金置于前进侧时更有利于焊接过程中材料的迁移行为,焊缝成形及接头性能更优.当焊接速度为150 mm/min、转速为1 000 r/min时,可获得内部无明显缺陷、外观良好的异种铝合金接头;相较于母材,热力影响区的小角度晶界含量增加,焊核区发生动态再结晶,小角度晶界转化为大角度晶界;接头拉伸性能随转速的增加,呈现先增加后减小的趋势.接头的平均抗拉强度和断后伸长率分别达到231 MPa和4.0%. 接头的断裂位置位于6061侧焊核区,与接头硬度最小位置相吻合.     

7050铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织及力学性能分析

采用搅拌摩擦焊焊接厚12 mm的7050铝合金,分析接头的微观组织和力学性能。研究结果表明,焊核区由于热循环作用形成细小的等轴再结晶组织;热机影响区受机械和热的双重作用组织发生了较大程度的变形,在热循环的作用下发生回复反应;热影响区仅受热循环的作用,组织稍微有粗化现象。力学试验表明:旋转速度400r/min、焊接速度180mm/min时,接头的抗拉强度可以达到391 MPa,为母材的77%;焊接速度200 mm/min,旋转速度450 r/min时,接头的抗拉强度可以达到376 MPa,为母材的74%。断口形貌分析显示,接头断裂模式为穿晶和沿晶混合型断裂。     

铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织分析

对4mm厚的铝合金板材进行搅拌摩擦焊接,用光学显微镜观察了焊缝截面的显微组织。由于温度和变形程度不同,焊缝不同位置的组织有所不同,母材区晶粒组织明显比过渡区和搅拌区的晶粒组织细小而均匀。过渡区的材料由于受到搅拌头的剪切作用,发生了大的弯曲变形,呈板条状组织。     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能研究

利用搅拌摩擦焊方法对7075铝合金板进行焊接,探讨了焊接速度和搅拌头旋转速度等焊接工艺参数对焊缝成形及接头力学性能的影响,并对焊接接头的显微组织进行了分析.结果表明:采用搅拌摩擦焊焊接7075铝合金时,焊接接头具有较好抗拉性能.当旋转速度为750r/min、焊接速度为95 mm/min时,焊接接头的强度最高,达到母材抗拉强度(487 MPa)的97.4％,并且其伸长率也较高(为3.1％);当旋转速度为950 r/min、焊接速度为150 mm/min时焊接接头的伸长率最好,为4.7％.总体上看,焊接接头的伸长率和母材相比较低.     

Microstructure and mechanical properties of friction stir welded thin sheets of 2024-T4 aluminum alloy

Friction stir welding （FSW） is a new and promising welding processing that can produce low-cost and high-quality joints of aluminum alloys. 1 mm thick sheets of 2024-T4 aluminum alloys which are always used as building and decorating materials were welded by FSW. The microstructure and mechanical properties of fiiction stir welded 1 mm thick sheets of 2024-T4 aluminum alloy were studied. It was found that the thinner the 2024 aluminum alloy, the larger the FSW technological parameters field. The grains size of weld nugget zone （WNZ） is approximately 10 times smaller than that of the parent material, but the second phase in the material is not refined apparently in the welding. The FS welded joints have about 40% higher yield strength than the parent material, but the elongation of FS welded joints is under about 50% of the parent material. The electron backscattered diffraction （EBSD） results show that there are much more low angle boundaries （LAB） in WNZ than that in parent material, which indicates that FSW causes a number of sub-grain structures in WNZ, and this is also the reason of the increase of yield strength and Vickers hardness of the welded joint.     

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%.     

2219铝合金双主轴回抽式搅拌摩擦焊接头组织与力学性能分析

采用双主轴回抽式搅拌摩擦焊对2219铝合金板进行了焊接,分析了接头的微观组织和力学性能,探讨了搅拌针回抽速度对接头力学性能的影响.结果表明,焊缝平稳段上层试样断裂于前进侧热力影响区,靠近热影响区;平稳段下层试样断裂于焊缝中心的搅拌针端部搅动区;而回抽段焊缝断裂于后退侧热影响区,靠近热力影响区.焊接接头抗拉强度达到母材的70％,断后伸长率为80％以上;当回抽速度为6 mm/min时,断后伸长率最高.硬度最低值位于热力影响区和热影响区交界处.     

6082-T6铝合金搅拌摩擦焊组织演变与力学性能

通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜、拉伸试验机和显微硬度计对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头焊缝区组织演变和力学性能进行分层研究. 结果表明,在焊核区上层,材料发生塑性变形,晶格畸变能增加,为降低能量,大量的位错集聚成亚结构边界发生动态回复. 同时在焊接热循环的作用下发生动态再结晶,导致焊缝区上层晶粒细小. 在焊核区下层,主要受到搅拌针搅拌作用,轴肩产热通过扩散过程传递到下层的热量减少,发生动态回复和动态再结晶程度低于焊缝上层,晶粒粗大. 前进侧和后退侧热影响区均出现棒状β′沉淀相. 对应焊缝上、下两层硬度都呈“W”形分布,焊缝上层硬度高于焊缝下层硬度,最小值出现在前进侧. 沿着焊缝长度方向上层和下层的抗拉强度分别为205,186 MPa,呈降低趋势,为韧性断裂.     

铝合金浮动式双轴肩FSW接头组织性能分析

对12 mm厚6082-T6铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接头微观组织及力学性能进行了分析研究.结果表明,焊核区发生了动态再结晶和沉淀相溶解,热影响区晶粒和沉淀相粗化;沿焊缝横截面硬度的分布呈高-低-高-低-高的W形分布趋势,且接头沿厚度方向上、中、下层硬度分布趋势较为一致,硬度最低值出现在热影响区;断口形貌分析表明,接头断裂模式为韧-脆混合型断裂;主轴旋转频率600 r/min,焊接速度为300 mm/min,搅拌头倾角为0°时,接头抗拉强度达到了231 MPa,可达母材的79%.     

铝合金搅拌摩擦焊接接头组织与性能的研究进展

讨论了铝合金搅拌摩擦焊接接头的组织与缺陷,分析了缺陷产生的原因、危害以及避免缺陷产生的方法;分别阐述了铝合金搅拌摩擦焊接接头性能的研究热点,并指出了目前铝合金搅拌摩擦焊接接头组织与性能研究中存在的问题。     

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能与疲劳断裂

文中主要对7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊焊接接头组织性能和疲劳断裂进行研究,对焊件进行金相组织、硬度、疲劳试验,并根据试验结果进行分析。试验结果表明,焊核区和热力影响区组织有明显的分界,整个接头表面和截面的不同区域的组织有明显的不同,焊核区经历高温热循环,并且受到强烈的搅拌作用,发生了显著的动态再结晶,组织均匀细小,没有明显的方向性。热力影响区组织在搅拌摩擦焊接过程中主要受到热循环作用的影响,同时一定程度上受到了机械外力的作用,产生了较小的塑性变形,但储能不够,最终未出现动态再结晶。热影响受到热循环的作用,组织比母材要粗大,但没有发生明显塑性变形,仍具有母材纤维组织的特点。硬度试验的结果表明,母材区和焊核区的硬度比较大,而热影响区的硬度偏低,热力影响区的硬度在它们之间。通过对疲劳试验分析,应力水平为200 MPa时,试样在前进侧热影响区发生断裂,断口的表面较为粗糙。应力水平为250 MPa时,试样在焊核区发生断裂,断口表面较为平整。应力水平为300 MPa时,试样在母材处发生断裂,断口表面十分平整。创新点： 通过搅拌摩擦焊工艺形成的7050-T7451铝合金焊接接头,成形良好,技术优势突出,适用于航天航空等多个重要领域。     

6063铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头组织性能研究

进行了3 mm厚6063-T4铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接。结果表明,当搅拌头转速为600 r/min,焊速在100～300 mm/min的范围内,可获得表面成形美观、内部无缺陷的优质接头。在接头搅拌区内,上、中、下各层硬度分布较为均匀,在热机影响区及热影响区内,上、下层硬度值高于中间层。热机影响区靠近搅拌区的位置以及热机影响区与热影响区的交界处为接头的两个薄弱位置。随着焊接速度的增加,接头各区域硬度值以及抗拉强度有着先增大后减小的趋势,所得最优接头抗拉强度为174 MPa,达到母材的87%,断裂位置位于热影响区。