6mm厚6061-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊工艺方法研究

针对6 mm厚6061-T6铝合金板材,设计制造了不同结构形式和尺寸规格的双轴肩搅拌摩擦焊工具,并对搅拌摩擦焊工具的结构形式和尺寸规格对焊接过程及焊接接头质量的影响进行了系统的分析研究：设计制造了两体式和三体式双轴肩搅拌摩擦焊工具,并对两种结构形式进行分析;设计制造了环状轴肩和凹面轴肩,通过焊接工艺试验得知凹面轴肩焊缝成形性优于环状轴肩;设计制造了正-反螺纹搅拌针、正螺纹搅拌针、整圆柱搅拌针和圆柱铣扁搅拌针;圆柱铣扁搅拌针焊缝焊接质量优于其他三种结构形式的搅拌针。采用凹面轴肩和圆柱铣扁搅拌针组装成的搅拌头,对6 mm厚6061-T6铝合金板材进行焊接,在主轴转速为800 r/min、焊接速度为150 mm/min工艺参数下,焊接接头得到最大抗拉强度值为220MPa,达到母材抗拉强度（315 MPa）的70%。     

2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊工艺及工程应用

针对5.4 mm厚度2219铝合金,开展了浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接试验及工程化应用研究,采用低转速、高焊速的工艺参数,获得了成形美观、性能优良的焊接接头。焊缝超声相控阵检测及X射线检测均满足航天行业相关标准一级焊缝的要求,接头平均抗拉强度达到了母材性能的70%以上,断后伸长率达到6.5%以上。焊接接头均为45°剪切韧性断裂,塑性良好。整个焊缝截面呈上、下宽,中间窄的细腰形,焊缝两侧热力影响区为抛物线轮廓,未出现焊核凸出现象。在前期大量试验验证的基础上,率先实现了该技术在运载火箭贮箱焊接生产上的工程化应用,成功完成了某型号燃料贮箱筒段纵缝的焊接,焊缝顺利通过了常温液压及液氮低温试验考核。     

2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊工艺及工程应用

针对5.4 mm厚度2219铝合金,开展了浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接试验及工程化应用研究,采用低转速、高焊速的工艺参数,获得了成形美观、性能优良的焊接接头。焊缝超声相控阵检测及X射线检测均满足航天行业相关标准一级焊缝的要求,接头平均抗拉强度达到了母材性能的70%以上,断后伸长率达到6.5%以上。焊接接头均为45°剪切韧性断裂,塑性良好。整个焊缝截面呈上、下宽,中间窄的细腰形,焊缝两侧热力影响区为抛物线轮廓,未出现焊核凸出现象。在前期大量试验验证的基础上,率先实现了该技术在运载火箭贮箱焊接生产上的工程化应用,成功完成了某型号燃料贮箱筒段纵缝的焊接,焊缝顺利通过了常温液压及液氮低温试验考核。     

铝合金双轴肩搅拌摩擦焊过程材料流动行为

由于下轴肩的引入,双轴肩搅拌摩擦焊(BT-FSW)过程中的材料流动行为较常规搅拌摩擦焊更为剧烈和复杂,显著影响接头力学性能.以2219铝合金为研究对象,基于耦合欧拉-拉格朗日方法建立了BT-FSW过程三维热力耦合模型,并利用示踪粒子技术分析了焊接过程中材料的流动行为.结果表明,BT-FSW过程中的材料流动存在不同时性,...     

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.     

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-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%。     

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。     

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.     

铝合金搅拌摩擦焊接接头腐蚀行为研究进展

介绍了铝合金搅拌摩擦焊接接头腐蚀行为的最新研究进展,重点讨论了铝合金搅拌摩擦焊接接头腐蚀行为的研究方法,包括应力腐蚀法、盐雾实验法、溶液浸泡法、电化学法、凝胶可视化法等,并指出其存在的问题,分析了接头腐蚀机理及提高接头耐蚀性的方法。     

2219铝合金搅拌摩擦焊接接头剥落腐蚀机理

采用原位腐蚀试验、静态失重试验、浸泡试验研究了2219铝合金搅拌摩擦焊接接头的剥落腐蚀行为与机理。结果表明:2219铝合金搅拌摩擦焊焊缝腐蚀速率比母材小,焊缝的抗腐蚀性提高;腐蚀从局部点蚀开始,起源于第二相粒子与其边缘的铝基体,第二相粒子作阴极;原位腐蚀2 h后焊核与热机影响区发生晶间腐蚀,母材发生严重的点蚀;均匀分布的第二相粒子与细小的等轴晶组织是焊核区剥落腐蚀敏感性降低的主要原因。     

2219铝合金搅拌摩擦焊接接头在中性介质中的腐蚀行为

采用微型电池(Microcell)和浸泡腐蚀试验研究了2219-O铝合金搅拌摩擦焊接接头在0.5mol/L NaCl中性溶液中的微区电化学特征和腐蚀行为,通过光学轮廓仪分析了经14d浸泡后接头的均匀腐蚀深度以及点蚀形貌、深度和密度,讨论了影响腐蚀行为的机理。结果表明:接头在无外电流干扰下即发生点蚀。与母材相比,热影响区的腐蚀行为没有明显改变;热机械影响区的耐蚀性略有提高;轴肩作用区(SAZ)因θ相回溶和被打碎,提高了基体中固溶的Cu含量,降低了SAZ的腐蚀速率以及点蚀深度、体积和密度,耐蚀性提高。     

焊接参数对7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织及腐蚀行为的影响

不同参数下对1．6mm厚7075铝合金板进行了搅拌摩擦焊接,在分析了焊缝表面组织的基础上,采用浸泡试验对焊缝表面的腐蚀行为进行研究,讨论了硬度分布与腐蚀发生的关系。结果表明,焊后轴肩作用区晶粒细化明显。随转速的增加,焊缝上表面热机械影响区范围加宽、轴肩作用区硬度增大。焊缝上表面腐蚀最严重的区域为轴肩作用区,在EXCO溶...     

Corrosion Resistance of Friction Stir Welded Al-Cu-Li Alloy AA2099-T8

In order to study the effect of friction stir welding (FSW) on corrosion resistance of Al-Cu-Li alloy AA2099-T8, the microstructure and microhardness of FSW joints were characterized, and then, the corrosion behavior of the FSW joints was investigated by the immersion and potentiodynamic polarization tests in a 3.5% NaCl solution at room temperature. It is indicated that the alloy was softened by FSW, with the lowest hardness appearing at the boundary between the nugget zone and the thermo-mechanically affected zone. When exposed to the NaCl solution, the FSW joint was characterized by shallow pits and was free of severe localized corrosion, probably due to dissolution of T₁ (A₂CuLi) phase in the FSW joint. It is suggested that further work should be carried out to evaluate the galvanic coupling effect between the FSW joint and the base metal, as well as the stress corrosion cracking resistance of the FSW joint.     

摩擦搅拌焊6061-T6铝合金焊接接头的组织与性能

采用搅拌摩擦焊对6mm厚度的6061-T6铝合金进行单道平板对接焊,研究了焊接接头的力学性能和组织.结果表明,转速较小时,焊接接头会出现明显的搅拌摩擦焊接特有的“螺旋体”断口,其接头性能不高;随着转速的提高,接头性能得到改善.X射线衍射分析结果表明,焊缝组织中由于搅拌温度而引起部分强化相的重溶.透射电镜的研究结果表明,焊缝中的主要增强相依然为β”.     

焊接参数对2024铝合金FSW接头组织及腐蚀行为的影响

对2024铝合金板进行不同参数下搅拌摩擦焊接, 分析了焊缝表面组织, 检查了在EXCO溶液中焊缝表面的腐蚀行为, 并讨论硬度分布与腐蚀发生的关系. 结果表明, 焊后轴肩作用区晶粒细化明显. 随转速的增加, 焊缝上表面热影响区范围加宽、轴肩作用区硬度上升、耐蚀性能提高. 在转速1500 r/min、行进速度1000 mm/min下所得焊缝金属塑性流动剧烈, 轴肩作用区硬度值已接近母材的硬度值, 在EXCO溶液中浸泡10 h后仅发生点蚀. 与母材相比, 接头硬度的软化区是腐蚀发生的区域, 但硬度值最低的位置与腐蚀最严重的区域没有严格的对应关系.     

Stress Corrosion Cracking Behavior of Peened Friction Stir Welded 2195 Aluminum Alloy Joints

The surface treatment techniques of laser and shot peening were used to investigate their effect on stress corrosion cracking (SCC) in friction stir welded (FSW) 2195 aluminum alloy joints. The investigation consisted of two parts: the first part explored the peening effects on slow strain rate testing (SSRT) in a 3.5% NaCl solution, while the second part investigated the effects of peening on corrosion while submerged in a 3.5% NaCl solution with no external loads applied. For the SSRT, the laser-peened samples demonstrated superior properties to the other samples, but no signs of corrosion pitting or SCC were evident on any of the samples. For the second part of the study, the FSW plates were inspected periodically for signs of corrosion. After 60 days there were signs of corrosion pitting, but no stress corrosion cracking was noticed in any of the peened and unpeened samples.     

Developing an Empirical Relationship to Predict Tensile Strength of Friction Stir Welded AA2219 Aluminum Alloy

AA2219 aluminum alloy (Al-Cu-Mn alloy) has gathered wide acceptance in the fabrication of lightweight structures requiring a high strength-to-weight ratio and good corrosion resistance. Friction stir welding (FSW) process is an emerging solid state joining process in which the material that is being welded does not melt and recast. This process uses a nonconsumable tool to generate frictional heat in the abutting surfaces. The welding parameters such as tool rotational speed, welding speed, axial force, etc., and tool pin profile play a major role in deciding the joint strength. An attempt has been made to develop an empirical relationship between FSW variables to predict tensile strength of the friction stir welded AA2219 aluminum alloy. To obtain the desired strength, it is essential to have a complete control over the relevant process parameters to maximize the tensile strength on which the quality of a weldment is based. Therefore, it is very important to select and control the welding process parameter for obtaining maximum strength. To achieve this various prediction methods such as response surface method (RSM), analysis of variance (ANOVA), Student’s t-test, coefficient of determination, etc., can be applied to define the desired output variables through developing mathematical models to specify the relationship between the output parameters and input variables. Four factors, five levels central composite design have been used to minimize number of experimental conditions. The developed mathematical relationship can be effectively used to predict the tensile strength of FSW joints of AA2219 aluminum alloy at 95% confidence level.     

铝合金搅拌摩擦焊接接头应力腐蚀研究进展

随着搅拌摩擦焊接应用领域的扩展,其焊接接头的应力腐蚀性能已成为人们关注的重要问题.论述了近年来国内外铝合金搅拌摩擦焊接接头应力腐蚀研究进展,并展望了发展前景.