铝合金搅拌摩擦焊接头行为分析

详细介绍了搅拌摩擦焊（FSW）接头塑性流变数值模拟所得到的结果，并且利用搅拌摩擦焊的“插入试验”，测量了搅拌头旋转着插入铝合金材料过程中作用在搅拌头上的作用力，并将之转化为有效的粘度值和温度输出，确定了搅拌摩擦焊过程中充分塑化区（FPZ）的材料粘性，3－D数值模拟结果显示了搅拌头肩台下大约1.5mm的紊流区域的形成；解释了在异种金属搅拌摩擦焊接过程中无序混合产生的间混薄层结构，以及局部液相形成（初始熔化）引起的搅拌头的瞬间滑移导致了在特定的温度下（Tcrit）的材料粘性迟滞。     

旋转速度对6063铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

搅拌摩擦焊是一项固相焊接技术．在航空航天、高速列车、汽车以及船舶等行业均得到不同程度的应用。在此以工艺试验为基础。研究了旋转速度及其与焊接速度的匹配对6063铝合金搅拌摩擦焊接头形貌以及力学性能的影响。研究表明，在高旋转速度、高焊接速度匹配每件下能够获得优质6063铝合金搅拌摩擦焊接头。     

焊接速度对5083铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

采用搅拌摩擦焊对3 mm厚的5083-O态铝合金板材进行焊接,在搅拌头转速为800 r/min、焊接速度为60~300 mm/min的条件下,考察了接头的外观形貌、微观组织和力学性能。当焊接速度为60~150 mm/min时,均能获得外表平整、内部无缺陷的焊接接头。当焊接速度为200~300 mm/min时,接头出现了孔洞缺陷。从焊缝中心到两边分别为搅拌区、热力影响区、热影响区和母材区,搅拌区由于动态再结晶产生了细小的等轴晶,硬度比母材高。焊接速度为60mm/min时获得的接头抗拉强度为316MPa,断后伸长率为21.2%,通过断口分析,接头断口存在大量细小的韧窝和解理平面,为韧性和脆性混合型断裂。     

热输入对7075铝合金搅拌摩擦焊接头质量的影响

对厚度6.35 mm的7075铝合金板材进行搅拌摩擦焊接,研究了焊接过程中的热输入对搅拌摩擦焊接头的表面形貌、微观组织以及焊缝孔洞型缺陷的影响。试验结果表明,当焊接热输入较小时,接头外观成型良好,无飞边的产生,而当热输入较大时,接头表面成型较差,会在接头表面细密的鱼鳞纹上产生粗糙的毛刺;接头焊核区晶粒的尺寸与焊接热输入大小有一定的比例关系,当焊接热输入越大时,晶粒直径越大;焊接热输入对焊缝孔洞型缺陷也有一定的影响。当焊接热输入不足时,可能会导致接头产生孔洞型缺陷。     

6063铝合金搅拌摩擦焊接头冲击断裂分析

以6063铝合金为主要研究对象，简要介绍了铝合金型材的搅拌摩擦焊接工艺及设备，研究了6063-T65l铝合金的冲击断裂性能、塑性变形能力及其搅拌摩擦焊接头的微观组织。研究表明，搅拌摩擦焊接头中为较细的再结晶组织，且强化相呈弥散分布，其冲击断裂性能和塑性变形能力与母材相近。     

5mm厚铝合金双面搅拌摩擦焊接

对5mm厚的1050-H24铝合金板材进行了双面搅拌摩擦焊接(FSW)，重点研究了接头的拉伸性能和断裂部位及其影响因素。研究结果表明，一次焊接参数、二次焊接参数和焊接方向对双面FSW接头的拉伸性能和断裂部位有不同程度的影响。一次焊接参数的影响较小，而二次焊接参数的影响显著并且存在最佳取值。同向焊接的接头强度较高且断在前进侧(AS)或后退侧(RS)，而异向焊接的接头强度较低且只断在AS。在文中的试验条件下，1500r／min的旋转速度、400mm／min的二次焊速和同向焊接方式是最佳的工艺组合，接头最高强度达到母材强度的78％。     

焊接参数对7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能的影响

使用搅拌摩擦焊(FSW)设备,采用不同搅拌针转速和焊速对厚6 mm的7075高强铝合金平板进行对接试验,并对不同焊接工艺下的接头进行微观组织观察和力学性能测试。研究结果表明:7075铝合金FSW接头由焊核区(WNZ)、热机影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)及母材区(BMZ)组成;随着搅拌针转速的增大,接头中焊核区的晶粒越大;随着焊速的增大,接头中焊核区晶粒越细小;不同工艺参数下的FSW接头显微硬度分布曲线都呈W形。随着转速的提高和焊速的减小,接头显微硬度升高,但波动范围较小;随着转速和焊速的提高,接头抗拉强度先降低后提高;转速为400 r/min,焊速为120 mm/min时,接头抗拉强度最高,为417 MPa,是厚6 mm的7075铝合金FSW最佳的工艺参数。     

7N01铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能分析

通过7N01铝合金板材上下板等厚全平面三层搭接搅拌摩擦焊焊接，试验不同长度的搅拌头对接头的影响. 结果表明,搅拌头的形状与长度直接影响力学性能的稳定性，结构为“锥形”右旋螺旋槽、搅拌头长度为16 mm时焊接接头的力学性能性对比较稳定而且较优. 通过对接头断面形貌及硬度进行分析，得出焊核和热力影响区的分界线在前进侧和后退侧明显不同，焊核区是受到热循环和机械作用影响最严重的区域，组织变化程度最大，是合金元素过度饱和区域，晶粒得以细化，材料力学性能得到进一步提高，形成“峰值”硬度.     

超声对不同铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

利用自行研制的超声搅拌摩擦焊机分别对2219,7A52,LF21铝合金进行了常规搅拌摩擦焊和超声搅拌摩擦焊两种不同焊接的试验,并对常规搅拌摩擦焊与超声搅拌摩擦焊焊缝的微观组织、拉伸断口形貌进行了对比分析.结果表明,超声搅拌摩擦焊与常规搅拌摩擦焊相比热影响区几乎消失;超声搅拌摩擦焊焊缝焊核区组织比常规搅拌摩擦焊焊核区组织晶粒更加细小;断口扫描电镜图显示母材断口韧窝具有非等轴状待征,韧窝边上撕裂棱明显表明为韧性断裂;超声搅拌摩擦焊断口韧窝撕裂棱不明显;超声搅拌摩擦焊比常规搅拌摩擦焊的平均抗拉强度有所提高,但断后伸长率有所降低.     

35mm厚板铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能

采用搅拌摩擦焊双面焊工艺,对35 mm厚板6005A-T6铝合金型材进行了搅拌摩擦焊接,获得成形良好、表面光滑、无隧道孔和沟槽缺陷的焊接接头.应用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪及电子拉伸试验机等对搅拌摩擦焊接头组织与性能进行研究.结果表明,接头焊核区组织为细小等轴晶;前进侧出现明显的螺旋纹及清晰的结合线,热力影响区晶粒被明显拉长呈条状组织,热影响区受热晶粒粗大;后退侧未见螺旋纹,晶粒比前进侧细小,过渡区较前进侧宽.在搅拌头旋转频率为650 r/min,焊接速度为200 mm/min工艺条件下接头抗拉强度为213 MPa,达到母材强度的84.8%,断裂起始于焊缝前进侧的热影响区,扩展至双面焊接重合区时,沿着焊缝后退侧热影响区直至断裂;接头显微硬度最低值出现在前进侧热影响区,最低值为50 HV.     

转速对7055铝合金搅拌摩擦焊接头断裂特征的影响

采用搅拌摩擦焊对5 mm厚7055铝合金进行对接试验,通过拉伸试验研究不同转速接头断裂位置及其横截面的显微组织,断口形貌特征.结果表明,随着转速的提高,薄弱区发生了转移:当转速为700~800 r/min时,接头在热影响区发生45°剪切断裂;当转速提高至900~1 100 r/min时,接头在焊核区发生"S"形断裂;进一步提高转速至1 200~1 400 r/min时,接头沿着前进侧热力影响区或前进侧热力影响区与焊核区边界发生断裂.断口形貌分析表明,热影响区断口呈现大而深的韧窝,焊核区断口呈现小而浅的韧窝,均属韧性断裂;热力影响区边界断口呈韧-脆混合断裂特征.     

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。     

7A52铝合金搅拌摩擦焊的焊缝成形

针对7．6mm厚的7A52铝合金，研究了搅拌头的形状和焊接工艺参数对焊缝成形的影响，分析了搅拌摩擦焊缺陷产生的原因。结果表明，搅拌头的形状决定了焊接时焊缝成形的旋转速度范围；搅拌头旋转速度、焊接移动速度、焊接倾角、搅拌头轴肩压入被焊接件表面深度等都对搅拌摩擦焊焊缝成形有重要影响，只有合适的工艺匹配才能保证焊缝成形良好。     

Mechanical properties of underwater friction stir welded 2219 aluminum alloy

Underwater friction stir welding of 2219 aluminum alloy was carried out in order to further improve the joint performances by varying welding temperature history. The results indicated that the tensile strength of the joint can be improved from 324 MPa by external water cooling action in normal to 341 MPa. However, the plasticity of the joint is deteriorated. The underwater joint tends to fracture at the interface between the weld nugget zone and the thermal mechanically affected zone on the advancing side during tensile test, which is significantly different from the normal joint.     

滚动轧制对铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

采用自制滚动轧制头对5 mm厚铝合金7050搅拌摩擦焊接头的上表面及背面进行滚动轧制,并与其焊接态的接头作对比,研究了滚动轧制对焊接接头性能的影响. 结果表明,滚动轧制后接头表面的粗糙度由最大9.58 μm降低到平均约0.85 μm. 表层发生了剧烈的塑性变形,晶粒明显细化形成约200 μm厚的细晶层,亚表层晶粒细化程度降低,在焊核区伴有剪切带产生. 接头表层硬度明显提高,其平均硬度高达HV210,相比轧制前硬度HV110提高了91%. 接头表层残余应力由原来的拉应力转变为压应力,最大残余压应力场深度约为200 μm. 疲劳源由表层移至亚表层,疲劳寿命显著提高.     

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.     

Recent progress in corrosion protection of friction stir welded high-strength aluminum alloy joints

Friction stir welding (FSW) has been widely used in many industries, with which high-strength aluminum alloys can be well joined. However, the corrosion resistance of FSW high-strength Al alloy joints is relatively poor, which limits their industrial applications. The joints shall be protected against corrosion. In this review, therefore, the current status and development of corrosion protection for FSW high-strength Al alloy joints are presented. Particular emphasis has been given to different protection methods: lowering heat input, post-weld heat treatment, surface modification and spray coatings. Finally, opportunities are identified for further research and development in corrosion protection of FSW high-strength Al alloy joints.     

转速对6061-T6铝合金搅拌摩擦搭接焊接头力学性能的影响(英文)

采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),研究转速对厚度为5 mm的6061-T6铝合金搅拌摩擦搭接焊接头的宏观和微观组织、硬度、搭接头剪切性能和失效模式的影响。结果表明:在最低的转速度下,上模板和下模板具有十分相似的硬度分布。采用EDX分析发现,焊核区的断裂面中含有Fe的化合物。