常规FSW与双轴肩FSW对铝合金接头组织和性能的影响

对采用常规FSW和双轴肩FSW所得到焊接接头性能进行试验研究,测试了两种焊接得到的焊接接头的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率,并对接头的微观组织和断口形貌进行了观察和分析.结果表明,双轴肩FSW接头横截面形成了一组由内向外扩张“洋葱环”状的椭圆环;常规FSW焊核区与热力影响区之间组织发生明显变化;硬度的最低处为双轴肩FSW前进侧热力影响区,最高处为双轴肩FSW接头上表面焊核区;常规搅拌摩擦焊接头的综合力学性能最好,双轴肩次之;断口形貌分析表明,接头断裂模式均为韧性断裂,且常规FSW断口韧窝尺寸比双轴肩FSW接头韧窝小而深,表现出更好的塑性.     

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%.     

2219-T4铝合金双轴肩FSW与常规FSW接头性能对比研究

对常规搅拌摩擦焊和双轴肩搅拌摩擦焊技术进行了比较,试验材料为6 mm厚2219-T4铝合金.对两种焊缝的微观结构、显微硬度和力学性能进行了测试.结果表明双轴肩焊缝的宏观形貌与常规搅拌摩擦焊焊缝的不同,呈哑铃型.且由于双轴肩焊接的热输入量较高,其接头的显微硬度和力学性能普遍低于常规搅拌摩擦焊接头.双轴肩搅拌摩擦焊接头的抗拉强度可达到常规搅拌摩擦焊接头的90%.     

6061-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头组织与力学性能

针对6 mm厚6061-T6铝合金板材,在主轴转速800 r/min,焊接速度150 mm/min参数下实现双轴肩搅拌摩擦焊接,并对一部分试件进行焊后热处理。对焊态试件和焊后热处理试件同时进行金相试验、拉伸试验和显微硬度试验对比分析。在焊态下,接头平均抗拉强度为203 MPa,达到母材的64%,接头在焊缝区32 mm的宽度区域内显微硬度出现不同程度的下降,显微硬度分布呈"W"型;接头经焊后热处理后,焊态下溶解消失的强化相重新析出,使接头组织重新得到强化,热处理态接头平均抗拉强度为292 MPa,达到母材的92%,整个焊缝区显微硬度均得到提高,焊态下"W"型显微硬度分布规律消除。     

6082-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头成形及力学性能

采用分体式双轴肩搅拌摩擦焊（Bobbin-tool friction stir welding,BT-FSW）实现了10 mm厚6082-T6铝合金板材的焊接,搅拌针表面的加工螺纹特征有助于搅拌针诱发周围材料的单一剪切变形,在增加搅拌针周围材料变形复杂程度的同时提高应变速率,从而有助于弱化材料在BT-FSW接头区域组织。结果表明,当转速为300 r/min,焊接速度为400 mm/min,且压入量为0.5 mm时,获得表面及内部宏观成形良好的BT-FSW接头,接头宏观形貌呈典型的“哑铃形”;在较高程度的塑性变形影响下,BT-FSW接头内的晶粒发生动态再结晶从而生成细小的等轴晶;由于接头不同区域的摩擦热输入分布不同,接头的硬度分布呈典型的W形分布;接头抗拉强度约为母材强度的77%,断后伸长率约为母材的69%。     

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。     

2A14-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊特征及接头组织性能分析

成功实现了2A14-T6高强铝合金的双轴肩搅拌摩擦焊,获得了表面成形良好,无内部缺陷的优质接头. 试验发现,在焊缝的焊核内存在一个由上、下轴肩和搅拌针所驱动的材料塑性流动交汇区,该交汇区靠近焊缝下表面. 微观分析表明,焊核上部的晶粒尺寸要小于其中部和下部的晶粒尺寸. 焊缝各区的块状第二相在焊接中发生了溶解和粗化,导致接头内出现了宽度近乎轴肩直径二倍的软化区;焊缝各层硬度分布接近,没有出现常规搅拌摩擦焊中常见的接头各层异性现象. 经拉伸测试证实,双轴肩焊接接头的强度系数达到了71%,拉伸时断在了焊核内的材料流动交汇区处.     

中厚板2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊焊接残余应力及微观组织演变

为了研究双轴肩搅拌摩擦焊缝内部焊接残余应力的大小及分布情况,本研究采用短波X射线衍射进行焊接件内部残余应力的无损检测分析;采用光学显微分析、显微硬度和电子背散射衍射（Electron Back-scattering Patterns,EBSD）对焊缝的前进侧和后退侧的母材、热影响区、热机械影响区和焊核区的组织结构演变进行了分析。金相观察结果显示双轴肩搅拌摩擦焊的接头组织在厚度方向上近似于对称分布,呈“腰鼓形”,焊核区与热机影响区的界面为近似双曲线,前进侧热机影响区的分界线更明显。EBSD扫描结果显示热影响区、热机械影响区均存在较强的形变组织;焊核区在剪切变形和焊接循环热的双重影响下发生了动态再结晶,主要为弱取向组织,小角度晶界含量较大。短波X射线衍射结果表明,双轴肩FSW焊接板内部板厚中心层,纵向方向残余应力均大于横向方向;沿着焊缝,拉应力较大区间位于距焊缝起始端150～250 mm的范围内,最大拉应力为244 MPa。     

6082铝合金搅拌摩擦焊焊缝的电化学腐蚀行为

通过室温静态挂片试验以及动电位极化曲线测试,在室温0．2mol／LNaHSO3＋0．6mol／L NaCl溶液中,对6082铝合金搅拌摩擦焊（FSW）焊缝以及6082铝合金母材的电化学腐蚀行为进行了研究。结果表明,主轴转速为1200r／min,焊接速度为200mm／min,搅拌头倾角为3°时的焊缝与母材相比,平均腐蚀速率较小,腐蚀电位Ecorr正向移动,腐蚀电流密度J变小。同时使用扫描电子显微镜（SEM）对室温静态挂片试验试样的表面形貌进行了观察,发现焊缝表面上只出现少量较浅的点蚀坑,而母材表面的点蚀现象较为严重。     

转速对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊焊接接头织构的影响

采用电子背散射衍射技术,借助取向成像分析软件,研究了搅拌头在不同转速下,6082-T6铝合金搅拌摩擦焊焊核区上表面晶粒形貌、晶界特征、织构组分的演化. 结果表明,在搅拌针所引入的剪切应力作用下,焊核区形成(110)[001]高斯织构和(114)[$ 22 {\\bar 1} $]织构,轴肩的顶锻压力使其沿着TD方向旋转一定角度,形成(112)[$ 11 {\\bar 1} $]铜织构,随着搅拌头转速的提高,晶粒沿着TD方向旋转角度增加,进一步形成(100)[011]剪切织构和($ 11 {\\bar 1} $)[112]织构;焊核区晶粒受到搅拌针的挤压而形成[110]丝织构,搅拌头转速从1 200 r/min提高到2 000 r/min时,挤压程度增加,导致[110]丝织构组分显著增多.     

搅拌摩擦焊和熔化极气体保护焊6082铝合金疲劳性能分析

对10 mm厚6082-T6铝合金进行搅拌摩擦焊(FSW)和熔化极气体保护焊(MIG焊)焊接,利用疲劳性能试验机、光学显微镜、扫描电子显微镜等手段对6082铝合金FSW和MIG焊接头的疲劳力学性能、微观组织、裂纹扩展特征、疲劳断口进行了分析. 结果表明,在疲劳寿命为2×106周次时,6082铝合金母材及其FSW和MIG焊接头的名义应力分别为126.3,110.2,84.2 MPa;在高应力水平下(Δσ=160 MPa),FSW接头疲劳寿命明显大于MIG焊接头、与母材的疲劳寿命相当. MIG焊疲劳断口均位于焊趾处,焊缝内的气孔缺陷为其主要裂纹源;FSW疲劳断口大多发生在轴肩边缘. 接头的微观断口具有准解理特征,断口中存在疲劳条纹和韧窝.     

Q235钢板与6082铝合金搅拌摩擦焊工艺

通过对Q235钢板和6082铝合金进行搅拌摩擦焊接,并用正交试验对搅拌摩擦焊工艺参数进行优化. 结果表明,焊接过程中,将钢板放在返回侧,铝板放在前进侧[1],离搅拌针较近的钢侧金属发生软化,并且在轴肩横向切应力作用下形成短"钉子",最终在搅拌针的旋转作用下填充到搅拌针后方形成的空腔内,当下压量为0.2 mm时,比较容易得到优质的焊缝;搅拌针旋转速度为260 r/min,焊接速度为16 mm/min,针头偏向铝侧0.2 mm时,所得焊缝的抗拉强度为141.204 MPa,断裂发生在铝侧焊核区与热力影响区的交界处;钢侧热机影响区的硬度比母材高,而铝侧热机影响区比母材低.     

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.     

ABS塑料与6082铝合金搅拌摩擦点焊工艺及机理

针对2 mm厚的ABS塑料板和6082-T6铝合金进行搅拌摩擦点焊可焊性试验,并将成形较好的试件的横截面的形貌进行了观察分析,并对其进行力学性能的测试.结果表明,将铝合金板放在上,塑料板放在下的搭接方式可以实现良好的连接;最优工艺参数为搅拌头旋转速度为400 r/min,焊接时间为30 s,所得焊接接头的抗拉剪载荷最大为3.31 kN;点焊接头有两种断裂模式.     

6061-T6铝合金的静止轴肩搅拌摩擦焊工艺及组织性能

采用自主研制的静止轴肩搅拌摩擦焊工具系统成功获得了6061-T6铝合金的对接接头. 对该接头的焊缝成形、显微组织、硬度分布以及拉伸性能分别进行了试验研究. 结果表明,SSFSW工艺所得6061-T6铝合金接头具有非常美观的焊缝成形,与常规的FSW工艺相比,几乎没有出现焊缝减薄的现象;焊缝组织分区也有明显的不同,TMAZ非常窄,只有几百微米;接头的硬度呈"W"形分布;在转速1 000 r/min,焊速为200 mm/min时,接头的抗拉强度和断后伸长率达到最大,分别为母材的71.5%和44.6%;拉伸试样均断裂在热影响区,它是接头发生断裂的最薄弱区域.     

LD10铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀特性

利用搅拌摩擦技术对LD10铝合金板材进行焊接,观察了搅拌摩擦焊接头搅拌区、热机械影响区、热影响区及母材区的微观组织。通过浸泡试验、盐雾腐蚀试验、动电位极化和电化学阻抗谱评估了接头的腐蚀特性,分析了LD10铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀机理。发现搅拌摩擦焊接头区域的开路电位高于母材区,同时腐蚀电流密度小于母材区,且接头区域的容抗弧半径比母材区更大。LD10铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐蚀性好于铝合金母材,这同搅拌区晶粒细小和Cu Al2析出相分布均匀有关。     

6061-T6铝合金微搅拌摩擦焊工艺

以0.8 mm厚6061铝合金微搅拌摩擦焊对接过程为研究对象,采用专用搅拌工具,通过温度场模拟进行工艺参数预选,研究了无倾角微搅拌摩擦焊的工艺参数对接头力学性能的影响,确定了与所设计微搅拌工具相匹配的工艺参数窗口;并采用光学显微镜、SEM扫描电镜对接头的微观组织、断口的形貌进行观察. 结果表明,在焊接速度为300 mm/min、转速14 000 ~ 24 000 r/min时,可以获得力学性能优越的焊接接头,抗拉强度均可达母材的70%以上;微搅拌摩擦焊缝微观组织的热影响区与传统搅拌摩擦焊相比,仅部分晶粒发生长大,仍有部分晶粒与基体保持一致无明显变化.