2195铝锂合金超声振动辅助搅拌摩擦焊接工艺研究

采用新型超声振动辅助搅拌摩擦焊接设备实现了4 mm厚的2195铝锂合金轧制板的焊接,比较和分析了施加超声对焊缝宏观金相组织、显微硬度与接头拉伸性能的影响,研究了工艺参数对铝锂合金超声振动辅助搅拌摩擦焊缝成形及接头力学性能的影响规律.结果表明:在相同工艺参数条件下,施加超声振动能量能够改善2195铝锂合金搅拌摩擦焊接成形性,促使焊核区塑性材料流动增强,同时减少甚至消除常规搅拌摩擦焊接头内部的孔洞缺陷;在焊缝的上部及中部,由于超声的作用,焊核区的显微硬度得以提高,而焊缝底部变化不大;接头的断口均呈现出韧性断裂模式,施加超声振动能量后的接头的伸长率得以提高,其断口韧窝更加细小均匀;在所研究的工艺参数范围内,接头的最高抗拉强度为282.8 MPa,最大伸长率为11.5％.在转速为600 r/min,焊接速率为225 mm/min条件下,施加超声使接头抗拉强度提高了17.5 MPa,伸长率提高了3.7％.     

7075铝合金高速搅拌摩擦焊材料流动行为及性能研究

目的 针对7075–O铝合金高焊速、高转速搅拌摩擦焊接缺陷多、质量差等问题,研究焊接接头材料流动对焊缝性能的影响。方法 选用焊接速度1 000 mm/min,搅拌转速分别为1 000、1 200、1 600、1 700 r/min的条件对7075–O铝合金板进行搅拌摩擦焊接,分析不同焊接工艺参数下焊接接头的显微组织及力学性能。同时,利用Fluent软件模拟7075–O铝合金搅拌摩擦焊接过程中的材料流动场分布,分析焊接材料流动与缺陷形成的关系。结果 利用7075–O铝合金三维流动模型,预测出高焊速条件下焊缝前进侧形成一个低压区,孔洞等缺陷易出现在此区域,数值模拟预测与试验结果吻合。在高焊接速度1 000 mm/min、焊接转速1 200 r/min时,焊缝表面光滑平整,焊核区域的硬度分布更加均匀。结论 随着搅拌转速从1 000 r/min增大到1 700 r/min,热输入量逐渐增大,孔洞缺陷由隧道型孔洞转变为不连续的小孔。同时,随着搅拌转速的增大,焊缝高硬度区域的宽度先增大而后降低。当搅拌转速为1 200 r/min时得到了优质的焊接接头,焊缝焊核区硬度分布均匀,硬度值最高为176HV。     

超声对铝/镁异质合金搅拌摩擦焊接成形的影响

开展了厚度为4 mm的6061铝合金/AZ31B镁合金板的搅拌摩擦对接工艺实验,对比分析了常规搅拌摩擦焊(FSW)和超声振动强化搅拌摩擦焊(UVeFSW)的焊缝横截面与水平截面的材料流动情况、界面金属间化合物厚度、机械锁合程度以及接头拉伸性能等,探究了超声振动的作用机理。结果表明：超声振动能够促进接头不同部位的材料流动和热量传输,从而减小甚至消除焊接缺陷;施加超声振动后,铝/镁界面处的金属间化合物均有所减薄,同时界面机械锁合程度也均有所增强,因此UVeFSW接头的抗拉强度相比于同一工艺参数时FSW接头有所提高,施加超声振动后接头的最高抗拉强度达到了174.20 MPa。     

超声对铝/镁异质合金搅拌摩擦焊接成形的影响

开展了厚度为4 mm的6061铝合金/AZ31B镁合金板的搅拌摩擦对接工艺实验,对比分析了常规搅拌摩擦焊(FSW)和超声振动强化搅拌摩擦焊(UVeFSW)的焊缝横截面与水平截面的材料流动情况、界面金属间化合物厚度、机械锁合程度以及接头拉伸性能等,探究了超声振动的作用机理。结果表明：超声振动能够促进接头不同部位的材料流动和热量传输,从而减小甚至消除焊接缺陷;施加超声振动后,铝/镁界面处的金属间化合物均有所减薄,同时界面机械锁合程度也均有所增强,因此UVeFSW接头的抗拉强度相比于同一工艺参数时FSW接头有所提高,施加超声振动后接头的最高抗拉强度达到了174.20 MPa。     

薄板铝铜搭接搅拌摩擦焊工艺

目的研究铝铜异种材料的搅拌摩擦焊搭接工艺,揭示搭接接头界面行为演变的基本规律。方法对1mm的6061铝合金与1 mm的紫铜薄板进行搅拌摩擦焊搭接焊接,测试焊缝的力学性能,对焊缝组织进行分析。结果焊缝表面成形良好,焊缝内部无缺陷。接头的最高拉伸强度达到1447 N,观察拉伸接头断口形貌,发现断裂均发生在上层铝合金的热影响区。结论接头连接界面区域生成钩状"自锁紧"结构,这种钩状"自锁紧"结构增加了铝铜之间的有效接触面积,有利于提高焊缝连接强度。     

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。     

铝合金厚板搅拌摩擦焊焊缝金属流动行为研究进展

搅拌摩擦焊接过程中,焊缝成形与金属流动行为密切相关,而金属流动又取决于焊接工艺参数、搅拌头形貌、材料本身性能及温度场分布等影响因素。与铝合金薄板搅拌摩擦焊不同,厚板焊接时焊缝上部、下部温差太大,导致焊缝材料流动形态发生较大变化。基于焊缝成形理论,从焊缝金属流动分析方法、影响因素出发,分析厚板搅拌摩擦焊焊缝金属流动形态及特征,探讨焊缝中疏松、未焊透、包铝伸入、弱连接等缺陷的形成原因,揭示厚板搅拌摩擦焊焊缝成形机理。研究结果为铝合金厚板搅拌摩擦焊焊接技术在航空、航天等高科技领域的广泛应用提供科学依据和理论基础。     

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。     

铝合金搅拌摩擦对接焊接头组织与性能研究

研究了5083铝合金搅拌摩擦焊(FSW)焊接接头组织与性能,采用金相显微镜观察焊接接头各区域的微观组织,并对接头显微硬度和力学性能进行了测定。结果表明,5083铝合金搅拌摩擦焊焊核组织为动态再结晶生成的细小组织,强化相均匀分布;热机影响区由于动态再结晶和焊接热循环的双重作用,组织变化较大,晶粒有一定程度的长大,强化相有所细化;热影响区仅仅受到热循环作用,使得晶粒粗化和强化相出现聚集现象。搅拌摩擦焊接接头中心硬度与母材基本相当,热机影响区和热影响区由于焊接热输入的原因,使得硬度有所降低。搅拌摩擦焊室温拉伸性能和冲击性能不低于母材的,其中拉伸试样均断裂于母材,焊核室温冲击值达到母材的1.5倍以上,热影响区冲击值与母材的相当。     

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%。     

Joint properties of dissimilar Al6061-T6 aluminum alloy/Ti–6%Al–4%V titanium alloy by gas tungsten arc welding assisted hybrid friction stir welding

Hybrid friction stir butt welding of Al6061-T6 aluminum alloy plate to Ti–6%Al–4%V titanium alloy plate with satisfactory acceptable joint strength was successfully achieved using preceding gas tungsten arc welding (GTAW) preheating heat source of the Ti alloy plate surface. Hybrid friction stir welding (HFSW) joints were welded completely without any unwelded zone resulting from smooth material flow by equally distributed temperature both in Al alloy side and Ti alloy side using GTAW assistance for preheating the Ti alloy plate unlike friction stir welding (FSW) joints. The ultimate tensile strength was approximately 91% in HFSW welds by that of the Al alloy base metal, which was 24% higher than that of FSW welds without GTAW under same welding condition. Notably, it was found that elongation in HFSW welds increased significantly compared with that of FSW welds, which resulted in improved joint strength. The ductile fracture was the main fracture mode in tensile test of HFSW welds.     

2219铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的不均匀性研究

目的 针对2219铝合金搅拌摩擦焊接头受焊接热作用和机械搅拌作用的影响,极易产生组织和力学性能不均匀的情况,深入研究接头的局部力学性能,为焊接工艺优化提供理论指导.方法 采用显微组织分析与数字图像相关(DIC)技术测试相结合的方法,对2219铝合金搅拌摩擦焊接头的组织和局部力学性能进行表征,并建立搅拌摩擦焊接头各区域的局部力学性能模型.结果 2219铝合金搅拌摩擦焊接头的力学性能薄弱区为热机影响区.试样断裂前该区域局部应力达到345 MPa,局部应变为18.9％,而此时母材应变仅为1.91％.结论 热机影响区的组织在焊接热作用和机械搅拌的双重作用下发生了粗化和软化,导致该区的力学性能降低,是整个焊接接头的薄弱区域.     

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。     

铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷的超声检测方法研究综述

铝合金搅拌摩擦焊技术广泛运用于航空航天、汽车、船舶等制造领域,在国防工业的发展中扮演着重要角色,而超声波检测技术在对搅拌摩擦焊接头质量评估和控制方面起着不可或缺的作用。综述了铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷的超声检测方法。介绍了接头缺陷的复杂多样的特点,分别阐述了超声检测A信号分析,超声C扫检测和超声相控阵检测方法在搅拌摩擦焊缺陷检测的应用,并介绍了3种检测方法检测能力,明确了搅拌摩擦焊缺陷超声检测尚需解决的突出问题并展望了未来研究的发展方向。     

异种铝合金回填式搅拌摩擦点焊工艺的研究

目的 研究搅拌头转速和轴套下压量对异质铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头的组织及力学性能的影响。方法 采用回填式搅拌摩擦点焊技术对7050铝合金和2524铝合金进行搭接焊试验,焊接完成后利用光镜、体式显微镜、扫描电镜对组织进行观察,另外,测试拉伸剪切载荷和显微硬度分布,最后对断裂行为进行了研究。结果 接头区域可以分为焊核区、热力影响区、热影响区、母材4个区域,焊核区晶粒呈细小等轴状,热力影响区晶粒呈粗大长条状。随搅拌头转速的增大,拉剪载荷降低,当转速为1500 r/min时拉剪载荷值最高,其值为7.499 44 kN。热影响区的显微硬度比母材低,最小值为HV106。接头的断裂方式可以分为剪切型断裂、塞型断裂、剪切-半环型断裂。结论 在一定工艺参数范围内,通过适当降低搅拌头转速能显著提高接头的拉剪载荷,轴套下压量对接头的断裂方式影响显著。     

焊接速度对 7A52 铝合金 FSW 组织及力学性能的影响

目的在保证搅拌速度一定时,针对8 mm厚的7A52铝合金,在不同焊接速度下采用搅拌摩擦焊(FSW)进行焊接试验,研究其焊接接头的显微组织及力学性能。方法利用搅拌摩擦焊机进行对接焊接,焊后制取金相试样观察焊接接头宏观形貌和显微组织,并测定其力学性能。结果7A52铝合金FSW焊接接头焊核区的面积随着焊接速度的增大而增大,当焊接速度为250mm/min时,焊接接头的焊核区面积最大,焊核区的显微组织都为细小的等轴晶,焊接接头横截面的焊核区呈明显"洋葱环"的形貌,而热力影响区的结构特征则呈现出了较高的塑性变形流线层。焊接接头显微硬度分布都呈现出"W"形变化,在焊接速度为150 mm/min时,焊接接头的平均抗拉强度能达到452 MPa,达到了母材抗拉强度的89%。结论通过对不同焊接速度下7A52铝合金FSW焊接接头的组织和性能进行研究,得到了不同焊接速度下焊接接头组织和力学性能。