2219厚板搅拌摩擦焊组织及性能分析

采用搅拌摩擦焊方法对厚度为30 mm的2219铝合金板进行了单道焊接试验,并对焊缝的微观组织与力学性能进行了分析.结果表明,在旋转速度为1 600 r/min,且焊接速度为20 mm/min时,可以获得较好的焊缝组织,其焊缝的抗拉强度为285 MPa,达到基材强度的60%以上,断后伸长率为8.73%;焊缝三个区由于受到的温度及搅拌作用的不同,结构、形貌及晶粒组织都有明显差异.焊后基材中起强化作用的微小的θ相Al2Cu颗粒,在焊接热循环的作用下析出并聚集成大量粗大颗粒,其大小约在10～50 μm,对焊缝强度起削弱作用.     

2219-T87厚板搅拌摩擦焊沿厚度方向的性能差异

采用搅拌摩擦焊方法对35 mm厚的2219-T87高强铝合金进行了单道对接焊.结果表明,焊缝的抗拉强度可达274 MPa,且断裂于焊核区.用螺旋形搅棒焊接厚板时,焊接速度较慢,焊核区上部组织因温度较高,同时在螺旋产生的向下泵吸作用下,会产生比较粗大的疏松组织;而焊核区中下部组织则因温度较低,并在螺旋推力作用下形成比较细小的致密组织.焊核区上部的显微硬度存在一个下陷区,而中下部的显微硬度变化较为平缓.焊接厚度过大时,螺旋搅棒的泵吸作用引起焊核区上部组织疏松,并使其显微硬度下陷,是造成厚板搅拌摩擦焊缝强度不高且断裂于焊核区的原因.     

焊后热处理对2219铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

通过对2219铝合金进行常规搅拌摩擦焊接试验后,对焊后试样进行热处理,以此研究热处理后接头力学性能的变化以及原因.对经热处理过的接头进行拉伸试验发现,接头的力学性能有了一定程度的提高;对其接头进行微观层面的试验探究发现,焊缝区域的颗粒均有不同程度的生长,晶粒变大,并且晶粒成分发生了变化,热机影响区晶粒尺寸增加到接近于热...     

7A52铝合金厚板搅拌摩擦焊

采用搅拌摩擦焊方法对厚度为25 mm的7A52铝合金板进行了单道焊实验。结果表明:在焊接25 mm板时,工艺参数可调范围较窄,在旋转速度为1 500 r/min,且焊接速度为40 mm/min时,可以获得较好的焊接性能,抗拉强度可以达到330 MPa,延伸率可以达到9.6%;焊缝中存在3个组织变化区,其中焊核区内是细小均匀的等轴晶,平均晶粒大小在4μm左右;焊缝两侧热机影响区组织存在较大差异,前进侧为窄条状组织,回退侧为扁平块状组织;热影响区组织发生了回复、再结晶和粗化;焊缝显微硬度的最低值出现在前进侧,说明前进侧是焊缝的薄弱环节;厚板焊接时,沿板厚方向的热机作用梯度过大,造成焊缝金属难以获得优良焊接性能,这是厚板焊接较困难的原因。     

2219铝合金搅拌摩擦焊接头断裂性能试验研究

对2219铝合金搅拌摩擦焊接头各区域的断裂性能进行了研究。完成了接头的夏比冲击试验,并对接头各区域冲击断口进行了分析。研究结果表明,2219铝合金搅拌摩擦焊接头的断裂呈韧性,焊核区断裂韧性最好,热影响区和热机影响区断裂韧性无显著差异,低于焊核区断裂韧性,但均高于母材的断裂韧性。     

2219铝合金搅拌摩擦焊接头的断裂部位特征

对5 mm厚的2219高强铝合金进行了搅拌摩擦焊单道对接焊,通过拉伸试验观察断口处的显微组织,研究了焊接接头的断裂部位特征.结果表明,接头的断裂部位在焊核与母材的边界或热力影响区.当焊接热输入量合适时,沿焊缝热力影响区断裂的试样在焊缝横截面上的形貌为V型和45°的剪切断裂,其接头的抗拉强度和伸长率较高.焊接热输入量过大时,沿焊缝厚度方向的"抽吸-挤压"作用减弱,在焊缝的紊流区形成孔洞缺陷,在焊核与母材的交界处形成弱连接,导致焊接接头沿焊核边界断裂,在焊缝横截面上的形貌呈阶梯型和S型,其接头的抗拉强度和伸长率较低.     

2219铝合金厚板搅拌摩擦焊接温度场数值模拟

通过已建立的数学模型利用ANSYS软件,对14mm厚2219铝合金搅拌摩擦焊接过程(搅拌头插入阶段和焊接稳定阶段)中的温度场进行数值模拟,并与在焊缝相应位置埋入热电偶检测结果进行对比分析.试验发现,搅拌头插入阶段焊缝的温度变化与焊接速度无关,开始阶段升温速率最大;焊接稳定阶段,沿板厚度方向呈现上宽下窄、上高下低的温度梯度分布趋势.两个阶段都是旋转频率越高,焊缝的峰值温度越高.结果表明,温度场模拟与试验检测结果基本吻合,数学模型正确.     

焊后热处理对2219-T6铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

采用搅拌摩擦焊方法对2219-T6铝合金进行焊接,对焊接接头的宏观形貌、显微组织、拉伸强度、显微硬度进行了分析。结果表明,焊核区组织为细小的晶粒,热机影响区组织为弯曲变形的晶粒,热影响区组织出现了明显粗化。接头室温拉伸强度可以达到母材的75%左右,接头强度低于母材的原因主要归结为金属的塑性损伤、缺陷的产生和热影响区的软化。通过固溶及时效方法并兼顾再结晶过程的热处理工艺可以回复接头塑性、消除软化,达到改善接头性能的目的。     

7022铝合金搅拌摩擦焊工艺参数的优化

根据经验并通过试验拟定出10mm厚7022铝合金FSW的工艺参数范围为:搅拌头转速(ω) 300～600r/min,焊接速度(v)30～100 mm/min,并对各参数下的焊接试样进行拉伸试验、显微硬度测试和冲击试验.试验结果显示,焊接接头的抗拉强度和屈服强度范围分别为505～615 MPa和464～532 MPa;焊接接头的最大硬度出现在焊缝区中间部位,最小硬度出现在热影响区;焊接接头的冲击韧性仅在ω=300 r/min、v=30和50 mm/min时略低于母材,其余工艺参数下焊接的试样均高于母材.试验获得的最佳焊接工艺参数为:ω=400 r/min、v=100 mm/min.     

2219铝合金搅拌摩擦焊温度场的三维实体耦合数值模拟

为更贴近实际的模拟搅拌摩擦焊焊接过程中复杂的热力行为,试验通过建立三维搅拌摩擦焊过程数学模型,采用三维实体耦合的有限元方法来分析2219铝合金搅拌摩擦焊热过程和温度场分布.结果表明,搅拌摩擦焊焊缝的温度场梯度呈现上密下疏,前密后疏的分布状态,最高温度位于后退侧的搅拌针与轴肩的过渡区,焊缝后退边的温度高于前进边,搅拌针底部温度超过2219铝合金的再结晶温度,可确保对接接头根部形成紧密焊缝,模拟结果为研究搅拌摩擦焊的机理和优化搅拌摩擦焊焊接工艺提供了支持.     

铝合金厚板搅拌摩擦焊焊缝金属流动行为研究进展

为减少大厚板5A06铝合金激光焊接缺陷,提高焊接过程稳定性,采用激光光束以一定方式运动的扫描焊接的新焊接方法,研究了激光束不同的运动轨迹、幅度、频率对铝合金激光深熔焊接焊缝气孔率的影响,并在焊接坡口设计优化基础上应用窄间隙扫描激光填丝焊接技术进行130 mm厚5A06铝合金焊接试验. 结果表明,采用圆形扫描方式,当激光光束的扫描幅度大于1 mm,扫描频率选择最高频率附近时,能够大幅降低焊缝气孔率;采用窄间隙激光扫描填丝的焊接方法,获得了焊缝平均气孔率1%,无侧壁未熔合、层间未熔合、裂纹等焊接缺陷的130 mm厚5A06铝合金优质焊接接头.     

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.     

2219铝合金化学铣切溶液配方优化

通过正交试验以及多指标分析法对2219铝合金的NaOH+ Na2S+TEA+ Al3化学铣切溶液配方进行了最优化研究.实验结果表明,当将化铣后试样表面粗糙度作为分析时着重考虑的指标时,化铣溶液的最优配比为160 ～ 180 g·L-1NaOH,5g·L-1Na2S,60 g·L-1 TEA,25 g·L-1 Al3+.当优先考虑化铣速率的影响时,溶液的最有配比为200 g·L-1NaOH,14 g·L-1Na2S,10～60 g·L-1 TEA,5g·L-1Al3+.而若同时考虑表面粗糙度和化铣速率两个指标,适用于2219铝合金化学铣切的最优溶液配方则应为200 g·L-1 NaOH,5 g·L-1Na2S,60 g·L-1 TEA,5g·L-1Al3+,当使用此配比溶液对2219铝合金进行化铣后得到的试样表面粗糙度与化铣速率分别为0.6055μm以及0.1638 mm·min-1.     

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.     

2219铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀行为

采用晶间腐蚀试验和剥落腐蚀试验研究了2219铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀行为,结合金相显微镜、扫描电镜及能谱仪等分析手段研究了接头腐蚀后的表面形貌和腐蚀产物的成分,并对接头腐蚀机理进行了初步的探讨.结果表明,搅拌摩擦焊焊核区耐蚀性比母材高;腐蚀从点蚀开始,逐渐发展为晶间腐蚀和剥落腐蚀的全面腐蚀形貌;接头组织成分的均匀化,降低了材料形成局部腐蚀原电池的倾向,使得电位正向移动,接头耐蚀性增强.     

2219-O铝合金的搅拌摩擦焊接

对2219-O铝合金进行了搅拌摩擦焊接,采用光学显微镜分析了接头的微观组织,采用拉伸试验方法评价了接头的力学性能.微观分析表明,在热机循环的共同作用下,焊核区(WNZ)发生了动态再结晶,形成了细小的等轴晶粒,并且沉淀相的数量较其它各区有所增加;热机影响区(TMAZ)晶粒被拉长、弯曲,发生了动态回复和部分再结晶,晶粒内部开始有新的晶粒生成;热影响区(HAZ)的晶粒发生粗化.力学性能测试结果表明,当转速为800r/min,焊接速度为200～400 mm/min时,接头与母材等强度,断裂发生在母材区;当焊接速度大于400mm/min时,接头的抗拉强度很低,断裂发生在缺陷处.