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%。     

转速对水下搅拌摩擦焊接7A04-T6铝合金组织与性能的影响

对7A04-T6铝合金板进行水下搅拌摩擦焊接(FSW),研究转速对水下FSW接头组织和力学性能的影响。结果表明:水下FSW接头的硬度最小值均位于热机械影响区。高转速条件下(950r/min)接头的硬度分布呈现"W"形,焊核区平均硬度值高于低转速条件下(475,600,750r/min)接头的硬度值。当焊速恒定为235mm/min,转速从475r/min提高到750r/min时,接头焊核区的析出相随转速的增大逐渐粗化,接头抗拉强度系数从89.71%降低到82.33%;当转速升高到950r/min时,析出相发生固溶时效,呈现细小弥散的分布特征,接头的强度系数提高到89.04%。接头具有较高的应变硬化能力,塑性伸长率较高。水下FSW接头的拉伸断口均呈现微孔聚合和解理混合断裂特征。     

焊速对水下搅拌摩擦焊接7A04铝合金组织性能的影响

对7A04-T6铝合金板进行了水下搅拌摩擦焊接(Submerged friction stir welding,SFSW),研究了焊速对焊接接头组织和力学性能的影响。结果表明:采用SFSW成功实现了7A04铝合金的连接,晶粒细化和细小、弥散分布的析出相有效减弱了焊接热软化效应。当旋转速度恒定为950r/min,焊速从95mm/min增大到235mm/min时,接头焊核区的晶粒和析出相随着焊速的增大逐渐细化,抗拉强度系数从84.5%升高到89.0%。不同焊速条件下,拉伸断口均呈现微孔聚合和解理混合断裂特征。     

铝铜复合板搅拌摩擦焊接接头组织性能研究

采用搅拌摩擦焊接对铝铜层状复合板进行了焊接,研究了接头组织性能。结果表明,焊接接头焊核区(Nugget zone,NZ)产生了细小等轴状的动态再结晶晶粒,铝层、铜层平均晶粒尺寸分别为4μm、3μm。NZ铝层、铜层平均显微硬度为29.21HV、86.9HV。抗拉强度为154.6 MPa,为母材的61.6%,延伸率为6%。铜颗粒在铝层中形成夹杂是拉伸性能下降的主要原因。     

异种铝合金搅拌摩擦焊接接头的微观组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊方法对4mm厚的5083铝合金与6082铝合金进行了焊接,对焊接接头的微观组织和力学性能进行了分析。结果表明,焊核区由细小的等轴再结晶组织构成,6082铝合金在前进侧的抗拉强度大于5083铝合金在前进侧的抗拉强度,正弯试验与背弯试验角度都达到180°。     

旋转速度与焊接速度对铝铜异种材料搅拌摩擦焊接头成形的影响

目的为了获得较好的铝铜异种材料搅拌摩擦焊焊缝,研究旋转速度与焊接速度对焊缝成形的影响规律。方法采用对接的方式对4mm厚的纯铝和紫铜进行搅拌摩擦焊,对比了不同旋转速度和焊接速度对铝铜异种金属焊缝表面的影响,并对焊缝内部成形变化进行了分析。结果旋转速度和焊接速度对焊缝的成形影响较大,当旋转速度为1200 r/min,焊接速度为10 mm/min时,焊缝表面成形美观,焊缝表面相对较为光滑,焊缝内部存在相互交叠的片层结构和漩涡状结构,焊缝内部未见明显缺陷;与旋转速度1200 r/min,焊接速度10mm/min相比,在焊接旋转速度减小或者焊接速度变大时,由于焊接热输入减小,造成焊缝表面出现沟槽、孔洞等焊接缺陷,同时搅拌针的旋转搅拌作用影响焊缝成形和焊缝内部缺陷的产生。结论选择合适的旋转速度和焊接速度能够获得宏观成形较好和内部缺陷较少的焊缝。     

焊后热处理对7A04铝合金水下搅拌摩擦焊接接头组织性能的影响

对7A04铝合金板进行水下搅拌摩擦焊接(Submerged Friction Stir Welding,SFSW),并对焊接接头进行焊后热处理(Post Weld Heat Treatments,PWHT),研究焊后热处理对接头组织性能的影响。结果表明:焊后热处理接头呈现出弥散分布的细小析出相形貌,明显优于SFSW接头呈现出的少量析出相分散分布的特征。与SFSW接头相比,焊后热处理明显改善接头的力学性能。接头焊核区的平均硬度值提高了39.7HV,抗拉强度提高了67MPa,达到母材抗拉强度的96.1%,接头的应变硬化能力增强,拉伸断口呈现微孔聚合和解理混合断裂特征。     

铝/镀锌钢搅拌摩擦铆焊接头组织与力学性能

为实现铝钢之间的优质连接,采用搅拌摩擦铆焊新方法对6061铝合金和DP600镀锌钢进行搭接点焊,利用扫描电子显微镜、能谱仪及拉伸试验对接头的微观组织及力学性能进行了研究.结果表明:接头成形平整美观,中心没有匙孔;接头包含铆接区和扩散区,其中在铆接区铝合金以铝柱的形式嵌入到钢板的圆孔中,形成了一个"铝铆钉",底部有富铝的α固溶体偏聚,圆孔四周形成扩散区,铝和钢形成了冶金结合,依靠金属间化合物Fe Al3连接在一起;接头有3种断裂形式,在最佳工艺参数下接头的抗剪力达到8.2 k N;铝柱上断口的微观形貌是被拉长的韧窝,扩散区的断口由灰色基体和白色颗粒组成.     

工艺参数和搅拌头尺寸对2024铝合金和AZ31镁合金异种金属搅拌摩擦连接接头性能的影响

研究了2024铝合金与AZ31镁合金的异种搅拌摩擦连接工艺,并获得了良好的3mm板材对接接头。采用5种不同的工艺参数和两种不同尺寸的搅拌头进行加工。研究了不同工艺参数对接头微观组织、拉伸强度和硬度分布的影响。结果表明,使用15mm轴肩的搅拌头能够获得无缺陷的接头,在转速500r/min、连接速度500mm/min的工艺参数下,显微硬度分布均匀,材料边界明显,异种材料间的机械锁和结构增大了接头强度。在转速300r/min、连接速度30mm/min的工艺参数下,拉伸断裂位置位于铝合金一侧的热机影响区和材料混合区的交界处,虽然接头存在金属间化合物,但充分的材料混合使接头拉伸强度与前者相当。     

不同基体组织对搅拌摩擦焊接接头性能的影响

对板厚为5mm的2024,6082,7050-T7451三种铝合金进行搅拌摩擦焊接实验.结果表明:搅拌摩擦焊接铝合金2024时,接头部位很容易出现孔洞缺陷,但一定尺寸范围内的缺陷并未严重削弱接头的抗拉强度.铝合金6082可在很大的范围内选择工艺参数,接头成型性明显好于铝合金2024和7050-T7451,工艺参数的改变对接头的抗拉强度无大的改变.铝合金7050-T7451在设计的焊接参数范围内没有发现孔洞缺陷,但接头的抗拉强度系数比铝合金2024和6082接头都低.因为搅拌摩擦焊接接头的性能除与焊接工艺参数有关外,基体材料的屈服强度、延展性、基体硬度等也是不可忽视的影响因素.     

转速对6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的影响

目的 研究不同转速条件下6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的变化规律,为工程实践应用提供参考。方法 在不同旋转速度（800、1 200、1 500 r/min）下对4 mm厚的6061铝合金进行搅拌摩擦搭接焊实验,固定进给速度和轴肩下压量,研究搅拌头转速对接头宏观组织、微观组织和力学性能的影响。结果 所有接头均没有出现明显缺陷,当转速为1 500 r/min时,搅拌区晶粒尺寸细化明显,最大失效载荷达到母材的75%,上板和下板的硬度曲线都呈“W”形;当转速为800 r/min和1 200 r/min时,下板硬度曲线呈“V”形。随着转速的增大,有效搭接宽度逐渐增大,接头的平均拉剪强度也在增大,所有接头都在前进侧断裂,断裂形式均为拉伸断裂。结论 转速的提升增加了焊接热输入量和机械搅拌作用,促进了有效搭接宽度的增大和晶粒尺寸的细化,但未能改变钩状缺陷的形成及延伸方向。当转速为1500r/min时,热输入量较大,搅拌区范围相对较大,下板存在更大面积的搅拌区,其硬度规律与上板的相似。所有接头均为拉伸断裂,断裂位置在热影响区附近,说明搭接接头连接良好。     

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能

在不同焊接工艺参数下对3.5 mm厚的7050-T7451铝合金进行了搅拌摩擦对接焊,并对焊缝成形质量、接头微观组织演变和拉伸性能进行了深入研究。结果表明,当搅拌头旋转速度(ω)在400～1 000 r/min、焊接速度(v)在50～300 mm/min时,均可获得内部无缺陷的接头。当焊接速度不变时,随搅拌头旋转速度的增加,接头的拉伸性能先增大后减小。当搅拌头旋转速度为600 r/min、焊接速度为150 mm/min时,接头的拉伸性能最好,抗拉强度为475 MPa,强度系数达90%,伸长率为5.7%。当ω/v的值处于4～6之间时,可获得拉伸性能优良的接头。     

铝 / 钢异种金属搅拌摩擦焊及其研究进展

铝/钢异种金属连接结构在国防领域和国民生产、生活中更加广泛应用的前提,是获得良好的接头综合性能,但铝/钢焊接时易出现裂纹、金属间化合物等,严重影响了焊接接头质量。摩擦焊作为一种低温高效的固相连接方法,在新材料连接、高性能装备制造等领域受到了高度重视。其中,搅拌摩擦焊由于其可焊接头形式丰富而被重点关注。从搅拌摩擦焊的接头形式、工艺参数、力学性能及界面组织4个方面,分别介绍了铝/钢搅拌摩擦焊的研究进展,为其深入研究提供依据。     

包铝层对搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

为提高2024航空铝合金材料的抗腐蚀性能,在其表面通常包有一层高纯铝或含Zn 1%(质量分数)的锌铝合金,包铝层在搅拌摩擦焊时会对接头的性能产生较大的影响.本研究采用搅拌摩擦焊技术对不同表面带有包铝层的2024-T3铝合金薄板进行了焊接,测试了其力学性能,并进行了金相组织观察.研究结果表明,包铝层的存在明显降低了2024-T3铝合金搅拌摩擦焊接头的力学性能;去掉包铝层后接头的性能显著提高;下表面包铝层对接头性能的影响大于上表面包铝层;当2024-T3铝合金表面带有包铝层进行搅拌摩擦焊接时,在搅拌头的旋转和搅拌作用下,包铝层被卷入焊缝中,形成类似于熔焊的"夹杂",从而使得接头的力学性能下降.     

铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能分析

目的 研究7020铝合金搅拌摩擦焊(FSW)的结构和机械性能。方法 采用搅拌摩擦焊对铝板进行对接焊试验,具体形式为单面焊双面成型。采用拉伸机和显微维氏硬度仪对试样进行力学性能测试;利用蔡司金相、光谱仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪研究母材和焊接接头的微观组织。结果 在硬度上,母材>热影响区>焊核区,热影响区平均硬度约为94HV,母材平均硬度为99HV,焊核区平均硬度最低为78HV,焊核区出现“S”缺陷,在一定程度上弱化了焊核区性能;7020铝合金搅拌摩擦焊接头的抗拉强度为235 MPa,屈服强度为158 MPa,屈强比为0.67,伸长率为7%,焊接系数可以达到73.8%;母材的抗拉强度为325 MPa,屈服强度为278 MPa,屈强比为0.86,伸长率为25%;焊接接头中心显微组织主要由胞状树枝晶体组成,显微结晶依次呈现为平面晶、胞状晶、树枝状晶、等轴晶;铝合金母材和焊接接头的金属相组成均为α?Al+Mg2Si;焊接接头断口呈现比较明显的韧性断裂特征。结论 铝合金搅拌摩擦焊可以获得性能比较优良的焊接接头,为其他铝合金材料的FSW焊接提供技术参考。     

5083铝合金搅拌摩擦焊接头拉伸行为研究

目的 研究5083铝合金搅拌摩擦焊接（FSW）的组织、力学性能和拉伸应变,分析接头的拉伸行为。方法 采用数码相机、光学显微镜、电子扫描显微镜等表征分析方法,对焊缝的表面宏观成形、微观组织、断口形貌进行分析;利用拉伸机、三维数字动态散斑应变测量分析系统和显微维氏硬度计对接头的力学性能和拉伸应变进行测试。结果 不同焊接工艺参数下FSW接头的最低抗拉强度为305 MPa,断后延伸率达到了14%以上;焊核区拉伸应变沿板厚方向呈现上高下低和上宽下窄的不均匀梯度分布,发生了较大程度的变形强化,直到拉伸应力达到抗拉强度。断裂失效前300/120接头的最大拉伸应变在晶粒粗大的母材区,500/120和500/200接头的最大拉伸应变则位于晶粒尺寸差异较大的后退侧焊核区与热力影响区交界处。接头拉伸断口宏观上均为45°剪切韧性断裂,微观上均以韧窝韧性断裂为主,而高热输入500/120接头出现脆性断裂特征,其延伸率明显降低。结论 高热力耦合输入使铝合金FSW接头薄弱区发生转变,强韧性降低。     

人工时效对7003/7046铝合金搅拌摩擦焊接头组织和力学性能的影响

采用差示扫描量热分析、硬度、室温拉伸实验、背散射电子衍射和透射电子显微镜等手段研究了焊后人工时效对7003-7046异种铝合金搅拌摩擦焊接(FSW)接头的微观组织和力学性能的影响。结果表明：FSW接头后退侧(7046铝合金侧)的硬度明显高于前进侧(7003铝合金侧),两侧平均硬度的差约为30HV;人工时效后接头的硬度提高,两侧平均硬度的差增大到约50HV,接头的屈服强度提高,抗拉强度略有提高,伸长率几乎不变。根据时效前后FSW接头不同区域微观组织的特征,分析了接头力学性能变化的原因。     

60mm厚度6061-T6铝合金板搅拌摩擦焊接接头微观组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊接方法对6061-T6铝合金板进行了60mm双面对接焊实验,研究了搅拌摩擦焊接接头的微观组织与力学性能,结果表明:焊缝区微观组织沿厚度方向发生了不同程度的改变,焊接接头强度达到218MPa,为母材强度的70％;焊接热循环引发的金属强化相“重固溶”和“过时效”是接头力学性能下降的重要原因,其中前进侧热机影响...     

2024铝合金搅拌摩擦焊接头塑性变形行为研究

为了研究搅拌摩擦焊卷焊管坯的力学性能及接头塑性变形行为,以5 mm厚的2024退火态铝合金搅拌摩擦焊板坯为对象,采用网格法测试接头塑性变形分布,用EBSD测量接头各区域晶粒尺寸及位相,并结合SEM观察接头第二相的分布,研究了接头力学性能、应变分布与微观组织之间的关系.研究表明:搅拌摩擦接头强度与母材等强,延伸率下降44%;接头前进侧距离焊缝中心8～17 mm的母材较早出现了应变的集中,局部应变可达23%,而焊核区和接头返回侧母材发生的变形较小,平均应变分别为3%和11%,各区域应变的不均匀主要是由于接头各区晶粒尺寸及位相的差异造成的,导致接头整体延伸率的下降.