压铸态AZ91D镁合金搅拌摩擦焊接头微观组织研究

采用搅拌摩擦焊工艺对4mm厚的压铸态AZ91D镁合金进行对接工艺实验,搅拌头旋转速率1500r/min,焊接速率120mm/min;使用光学显微镜和扫描电镜对焊接接头微观组织进行了研究。结果表明:焊缝外观成形美观,但内部存在贯穿型隧道状孔洞缺陷;焊核区为典型的变形-再结晶组织,为细小、均匀的等轴晶;机械-热影响区为变形-部分再结晶组织,热影响区组织形貌与母材相近但伴有轻微的长大现象;焊核区与机械-热影响区的过渡具有以下特征:在前进侧呈现"突变"特征,在后退侧呈现"渐变"特征。     

基于搅拌摩擦焊驱动模式分析压铸态AZ91D镁合金接头隧道状缺陷形成原因

采用不同焊接规范对压铸态AZ91D镁合金进行搅拌摩擦焊连接,并采用光学显微镜、扫描电镜等方式对焊缝接头微观形貌进行研究。结果表明,焊接速率高于60mm/min时,焊缝中均产生贯穿型隧道状缺陷,缺陷位于焊缝前进侧冠状区与环形区交界处;随着焊接速率的增大,缺陷有逐渐向焊缝底部延伸的趋势。分析认为该缺陷的形成机理如下:冠状区塑性材料同时受到搅拌针和轴肩共同作用,环形区塑性材料主要受到搅拌针作用,致使环形区与冠状区结合处呈现出流动差异性,导致在前进侧产生隧道状缺陷。     

AZ81A镁合金焊接接头的组织与性能

对AZ81A镁合金进行了搅拌摩擦焊和钨极氩弧焊的工艺实验.通过观察焊接接头宏观成形,分析焊缝显微组织,测试焊接接头的显微硬度分布,对两种焊接方法焊接性进行了分析.研究结果表明:搅拌摩擦焊的外观成形及可操作性均优于熔化焊,焊件焊后基本没有变形.搅拌摩擦焊接头的焊缝为锻造组织,焊核区为细小的再结晶组织;热影响区为部分再结晶组织,再结晶的晶粒沿原铸造晶界生长.熔化焊接头的焊缝区组织为较母材细小的等轴晶,熔合区组织的晶界为α固溶体和Mg17Al12共晶,并有强化相析出;热影响区组织的晶界分布有不连续的共晶.     

铝/镁搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头微观组织结构

目的研究不同工艺参数下钎料Zn的添加对Al/Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头组织和性能的影响。方法以厚度为0.05 mm的纯Zn作为钎料,对3 mm厚的2A12-T4态铝合金和4 mm厚的AZ31变形镁合金,进行搅拌摩擦焊-钎焊的复合焊接,分析锌夹层的添加对接头微观组织与力学性能的影响。结果当添加Zn中间层时,接头钎焊区缓解了拉伸断裂趋势,在焊接速度为23.5 mm/min,旋转速度为375 r/min时,接头抗拉剪力达到5.5 k N,复合焊接接头的钎焊焊缝由搭接区、固相扩散区、钎焊区组成。结论钎料的添加有效阻止了Al-Mg系金属间化合物的形成。     

7A52铝合金薄板搅拌摩擦焊焊缝的组织形貌

采用自行研制的便携式搅拌摩擦焊设备,对厚度为3mm的7A52铝合金薄板进行焊接试验。用金相显微镜、扫描电镜等分析测试手段,分析了焊缝的微观组织结构。焊缝可分为焊核、热机影响区、热影响区等三个区域。焊核为细小均匀的等轴晶,晶粒明显细小;热机影响区出现了晶粒粗化现象,由母材的细纤维组织变为具有弧度的弯曲粗纤维组织;热影响区组织发生了回复、再结晶和粗化。     

汽车轮辋用钢搅拌摩擦焊接头组织及力学性能

目的 为搅拌摩擦焊在轮辋钢的应用提供理论数据。方法 选用厚度为4.5 mm的江铃汽车V362轮辋钢板B380CL,采用不同的焊接参数,获得搅拌摩擦焊接头,对焊缝宏观成形及微观组织进行分析,研究焊接参数对组织的影响;通过进行拉伸试验和硬度测试,分析焊接参数对焊接接头性能的影响;对接头焊缝进行X-Ray无损探伤。结果 当搅拌头旋转速度为950 r/min,焊接速度分别为37.5, 47.5, 60 mm/min时,均能形成焊接接头。焊接速度为47.5 mm/min时,焊缝宏观成形较好,微观组织无缺陷,微观组织为铁素体和珠光体,抗拉强度最高,超过母材;焊接接头各区域微观组织硬度较母材高,伸长率较焊接速度为37.5 mm/min时的接头高。结论 搅拌摩擦焊实现轮辋钢的对接,该研究中旋转速度950 r/min,焊接速度47.5 mm/min为最佳工艺参数,接头抗拉强度超过母材。     

柱形光头搅拌针搅拌摩擦焊接铝锂合金接头组织及力学性能

采用柱形光头搅拌针搅拌摩擦焊接5mm厚的铝锂合金轧制板,并对接头组织和力学性能进行了分析.焊后接头形成了三个组织差异明显的区域:焊核区,热机影响区和热影响区.焊核区微观组织呈鱼鳞状;热影响区组织在焊接热循环作用下,发生回复反应,形成棒状的回复晶粒;前进侧和后退侧热机影响区内为颗粒较大的等轴晶晶粒,且后退侧晶粒尺寸大于前进侧.力学性能测试结果表明,焊接速度υ＝40mm/min时,接头获得最高拉伸强度(296MPa);焊接速度υ＝80mm/min时,接头获得最大延伸率(8.6%).硬度测试结果表明,焊缝区发生了软化,前进侧和后退侧材料的软化区间大致相同,但后退侧软化程度高于前进侧.     

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。     

静轴肩搅拌摩擦焊2A14-T4铝合金T形接头的组织和性能

采用静轴肩搅拌摩擦焊技术实现了8.5 mm厚2A14-T4铝合金T形接头的焊接,研究了接头的宏观成型、显微组织及力学性能.结果表明:焊缝表面呈现光滑无弧纹特征,焊缝外部和内部未发现焊接缺陷;SSFSW T形接头截面焊接区域形貌整体呈现两头宽、中间窄的"开口哑铃"状,焊核区晶粒表现为取向随机的等轴晶,焊核区平均晶粒尺寸表现为第二次焊核区最大,焊接重合区次之,第一次焊核区最小.焊核区再结晶机制以几何动态再结晶为主并伴随有部分连续动态再结晶;热机影响区较窄且晶粒被拉长变形,热影响区组织晶粒长大粗化;焊接过程中第二相粒子的析出粗化造成焊核区硬度降低,硬度最低点出现在第一道焊缝热影响区与热机影响区的交界处;接头的硬度较低区域和结构尺寸引起的应力集中导致T形接头底板与筋板容易萌生裂纹、发生断裂;断口中存在较多的撕裂棱以及大小不一的韧窝,在韧窝中存在尺寸不均匀的第二相颗粒,断口呈现韧性断裂特征.     

镁合金高转速搅拌摩擦焊工艺研究

目的 研究镁合金高转速搅拌摩擦焊工艺及其对组织与性能的影响规律。方法 采用光学显微镜观察以及拉伸性能测试等方法,探索了1.5 mm厚AZ31B镁合金高转速搅拌摩擦焊接工艺,对其接头组织与力学性能进行了测试分析。结果 采用6000 r/min转速时,随着焊速从600 mm/min降低至100 mm/min,焊接接头隧道型孔洞缺陷消失;采用600 mm/min焊速时,2000~4000 r/min转速范围内可获得无缺陷的接头。拉伸测试结果表明,6000 r/min-100 mm/min焊接工艺下接头的拉伸性能最优,抗拉强度为235.33 MPa,为母材强度的87.92%。结论 镁合金采用高转速搅拌摩擦工艺可获得无缺陷的焊接接头,且采用高转速匹配低焊速的工艺可使接头的拉伸性能得到提升。     

AZ33M变形镁合金激光焊接接头的组织和性能研究

目的研究AZ33M变形镁合金激光焊接工艺及焊接接头的组织和性能。方法通过对2 mm厚AZ33M变形镁合金板材进行激光焊接,采用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、万能试验机等研究了焊接接头的微观组织、物相组成、元素分布、力学性能,并研究了焊后均匀化处理对接头组织及性能的影响。结果焊接接头的焊缝边缘晶粒形态以柱状晶为主;焊缝中含有α-Mg, Mg_(17)Al_(12), MgZn,MgZn_2,Mg_7Zn_3等5种物相。结论通过调整焊接功率、焊接速度和离焦量可以获得力学性能与母材基本一致的焊接接头;中等功率焊接的焊接接头抗拉强度均能达到母材的95%以上,该变形镁合金焊接性能较优异。     

介入性机械搅拌对压铸镁合金GTAW焊接气孔的影响

对AZ91D压铸镁合金进行GTAW焊接,对一组试样熔池施加介入性机械搅拌,另一组试样则无机械搅拌;焊后对两组试样分别用光学显微镜和扫描电镜观察焊缝气孔形貌和分布、焊缝微观组织,并采用基于Matlab软件二次开发的图像分析程序识别和计算焊缝气孔率。结果表明,介入性机械搅拌除改善焊缝成形外观、细化焊缝微观组织外,明显降低了焊缝气孔尺寸和焊缝气孔率;降低气孔率的主要机理应该是搅拌加强了熔池金属液流动和气泡的运动,使气泡上浮和逸出速度加快。     

镁合金AZ91D焊接组织及腐蚀行为研究

利用钨极氩弧焊(TIG)、光学显微镜和盐雾腐蚀实验以及电化学测试技术,研究了镁合金AZ91D焊接对焊缝组织及其耐蚀性的影响.实验表明:镁合金AZ91D焊缝组织为比母材晶粒细小的等轴晶粒,提高了焊缝区硬度.焊缝区耐蚀性较母材好,其腐蚀速度与热影响区接近,比母材低1倍.     

搅拌摩擦焊接ZK60镁合金弯曲性能与断裂行为研究

搅拌摩擦焊接过程中被焊区材料发生剧烈塑性变形,进而导致焊缝微观组织及接头力学性能发生显著改变,但有关镁合金焊接接头弯曲性能的研究报道极少。本实验以铸造固溶态ZK60镁合金为研究对象,采用背弯和面弯两种弯曲试验方案,探索搅拌摩擦焊接ZK60镁合金的微观组织演变及对接头弯曲性能与断裂行为的影响规律。研究发现,焊接后焊缝区晶粒尺寸显著降低,平均晶粒尺寸从59μm左右降低至4μm左右。ZK60镁合金接头的弯曲性能远高于母材样品,且面弯样品的弯曲强度高于背弯样品。经过大挠度弯曲变形后ZK60母材及面弯试样都发生开裂,但背弯样品中未见裂纹的萌生及扩展。分析认为,接头过渡区/搅拌区界线处的织构突变对搅拌摩擦焊接ZK60镁合金的弯曲断裂行为影响不大。     

AZ31B变形镁合金TIG焊接头组织及断口形貌分析

以AZ31变形镁合金为研究对象,采用光学显微镜和扫描电子显微镜等测试手段对其TIG交流自动焊接头的微观组织和接头的断口形貌进行了观察分析,结果表明,在TIG自动焊条件下,AZ31B镁合金接头的焊缝区主要为细小的等轴晶,热影响区为粗大的过热组织,晶粒比较粗大,通过对接头断口形貌观察发现其接头断裂特征为韧-脆混合断裂.     

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。     

厚板7022铝合金搅拌摩擦焊接实验研究

对10mm厚度的7022铝合金进行了搅拌摩擦焊接,获得表面光滑的焊接接头,并通过X射线检测焊缝无裂纹和气孔。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,焊缝处组织为细小均匀的等轴晶粒;在搅拌头转速为400r/min,焊接速度为100mm/min时焊接接头的抗拉强度、屈服强度均比母材高;焊接接头的冲击韧性比母材高;焊接接头显微硬度比母材稍低,焊接接头具有良好的力学性能。     

TA23合金不同焊接方法接头组织性能研究

采用CMT、TIG和EBW焊对TA23合金进行焊接,对比分析了不同焊接方法下接头微观组织和力学性能的差异。结果表明,焊接热输入直接影响焊缝晶粒尺寸和焊接接头宽度,TIG焊缝晶粒尺寸最大,CMT次之,EBW最小;EBW接头宽度为5 mm,CMT接头宽度为7 mm,TIG接头达14 mm;3种焊接方法焊缝区域组织均由马氏体α相、片层状α相和残余β相组成,热影响区组织形态介于焊缝和母材组织形态之间;3种焊接方法焊缝区显微硬度和接头抗拉强度均大于母材,其中EBW焊缝区显微硬度值最大,TIG焊接头抗拉强度最高,CMT焊缝显微硬度和接头抗拉强度均居中。     

搅拌头转速对YL113压铸铝合金FSW接头组织性能的影响

对4 mm厚的压铸态YL113铝合金进行了搅拌摩擦焊工艺试验研究,采用OM、SEM/EDS、XRD、万能拉伸试验机等分析研究了搅拌头转速对接头的微观组织和力学性能的影响。结果表明,当焊接速度为40 mm/min时,搅拌头转速在700~1 500 r/min范围内均可获得成形良好、无外观缺陷的焊缝,焊缝截面呈倒梯形,前进侧有明显分界线,而后退侧分界线模糊。热影响区保持铸态的枝晶形貌,但晶粒有一定程度的长大。热机影响区组织呈带状并遗传了母材组织的孔洞缺陷,其中前进侧的孔洞呈纤维状,其数量和尺寸随搅拌头转速增加而增加;后退侧除转速700 r/min时出现类裂纹状缺陷外,其余转速均有大尺寸孔洞缺陷出现,且数量和尺寸随搅拌头转速增加而增加。焊核区为典型变形组织,Si和其他第二相均呈细小颗粒状弥散分布。随搅拌头转速增加,焊接接头抗拉强度和伸长率均呈先增后减的规律,搅拌头转速为900 r/min时,抗拉强度和伸长率均达到最大值。     

轴肩直径对6061铝合金搅拌摩擦焊轴向力的影响

目的 降低搅拌摩擦焊接过程中的轴向力,选择直径合适的轴肩,提高搅拌摩擦焊的焊接效率以及接头性能。方法 设计并使用了3种不同轴肩直径的搅拌头（9,12,15 mm）对6061铝合金进行焊接,记录并分析焊接轴向力的变化,观察焊缝表面形貌及微观组织,选择合适的轴肩直径。结果 “轴向力-时间”曲线上下起伏,当轴肩直径为15 mm时,曲线呈现较大的起伏;随着轴肩直径的减小,焊接轴向力也随之减小,当焊接速度为95 mm/min,搅拌头旋转速度为1500 r/min时,轴肩直径为9 mm的搅拌头所产生的平均轴向力最小,最小值约为2311 N;9 mm轴肩焊接所形成的焊缝表面形貌光滑,飞边量少;轴肩直径越小,焊核区晶粒尺寸越细小,当轴肩直径为9 mm时,焊核区晶粒尺寸为9.77 μm。结论 在相同的焊接参数下,选用9 mm轴肩所产生的轴向力小,焊缝表面形貌优,焊核区晶粒尺寸细化,接头力学性能好。