厚板铝合金搅拌摩擦焊接头显微组织与力学性能

对14 mm厚板铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头焊核区微观组织,整体和分层切片力学性能进行了研究.结果表明,当旋转速度为400 r/min,焊接速度为60-100 mm/min时,接头抗拉强度σb、屈服强度σ0.2和延伸率δ随焊速的升高而降低.焊缝分层切片的σb,σ0.2和δ上部最高,分别达到了186.7 MPa,100.3 MPa和14.1%;下部最低,分别为157.5 MPa,80.2 MPa和10.1%.微观断口中存在大量的网状韧窝,切片上部韧窝最深,焊缝根部可见沿晶界的二次裂纹和浅韧窝.显微硬度分布为焊缝上部高于下部,沿焊缝中心呈不对称分布.焊核区上部等轴再结晶晶粒尺寸大于焊缝下部.焊核区上部的第二相粒子相对下部更均匀和细小,强化作用增强.     

厚板高强铝合金搅拌摩擦焊接研究现状

对厚板高强铝合金搅拌摩擦焊接的研究现状做了比较详尽的总结,涉及接头的微观组织、力学性能、抗腐蚀性能、残余应力和数值模拟等.     

2219铝合金板材搅拌摩擦焊焊接接头局部力学性能研究

2219铝合金拼焊板焊接接头局部微区力学性能差异大,严重影响拼焊板的整体成形性能,为了构建拼焊板的整体成形损伤模型,预测成形破裂缺陷,有必要对搅拌摩擦焊拼焊板焊接接头的局部力学性能进行研究。针对焊接接头不同微区尺寸小,直接测量难度大的问题,提出显微组织分析与DIC测试相结合测试搅拌摩擦焊焊接接头局部力学性能的方法。首先通过微观组织分析与显微硬度测试相结合的方法确定了2219铝合金焊接接头各微区的形状和尺寸;其次通过DIC分析获得了2219铝合金焊接接头各微区在单向拉伸过程中应变变化情况;最后利用幂指数模型进行拟合,建立了拼焊板焊接接头各微区的局部力学性能模型。     

7N01铝合金厚板搭接搅拌摩擦焊接头力学性能研究

研究不同工艺参数下,7N01铝合金搅拌摩擦焊搭接接头的力学性能。结果表明,当其它工艺条件不变,搅拌头旋转速度在350~450 r/min、焊接速度在200~250 mm/min区间时,焊接接头能获得400 MPa左右的拉剪强度,接近母材的90%,大于或小于这一区间,都会使其抗拉性能变差。在转速350~450 r/min、焊速100~250 mm/min的范围内,通过适当提高焊接时的焊接速度和搅拌头转速,可以获得搭接面较好的接头。显微硬度测试结果显示,焊缝区的维氏硬度可达到母材硬度值的70%左右。当搅拌头转速恒定时,硬度值随着焊接速度的增加先增加后减小。     

Al-Zn-Mg铝合金厚板搅拌摩擦焊接头组织与分层性能

采用搅拌摩擦焊方法对14 mm厚Al-Zn-Mg铝合金进行对接焊接,研究了沿厚度方向分层切片的横向拉伸和应力腐蚀性能,揭示搅拌摩擦焊接头分层力学和腐蚀性能的不均匀性。研究结果表明,焊核区为细小的再结晶组织,焊核区从上表层到下表层晶粒尺寸逐渐减小;接头两侧的热影响区存在明显软化区;接头分层的抗拉强度波动较小,在315～330 MPa之间,断裂位置均位于前进侧的软化区;接头上、下表层在四点弯曲试验中均未发生腐蚀断裂,接头上、下表层热影响区的腐蚀敏感性最高;晶内析出相发生粗化和晶界析出相连续分布,是导致热影响区力学性能和耐蚀性能降低的根本原因。     

Al-Zn-Mg铝合金厚板搅拌摩擦焊接头组织与分层性能

采用搅拌摩擦焊方法对14 mm厚Al-Zn-Mg铝合金进行对接焊接,研究了沿厚度方向分层切片的横向拉伸和应力腐蚀性能,揭示搅拌摩擦焊接头分层力学和腐蚀性能的不均匀性。研究结果表明,焊核区为细小的再结晶组织,焊核区从上表层到下表层晶粒尺寸逐渐减小;接头两侧的热影响区存在明显软化区;接头分层的抗拉强度波动较小,在315～330 MPa之间,断裂位置均位于前进侧的软化区;接头上、下表层在四点弯曲试验中均未发生腐蚀断裂,接头上、下表层热影响区的腐蚀敏感性最高;晶内析出相发生粗化和晶界析出相连续分布,是导致热影响区力学性能和耐蚀性能降低的根本原因。     

厚板铝合金搅拌摩擦焊接头不同状态微观组织与力学性能

对14 mm厚2219～O铝合金板进行了搅拌摩擦焊接,研究了无缺陷、有缺陷和经焊后热处理的接头分层切片的微观组织、力学性能和断裂方式.结果表明:无缺陷接头的抗拉强度σb和屈服强度σMM0.2分别从上部的160.8和96.8 MPa下降至底部的146和86 MPa;有缺陷接头的σb和σ0.2分别从上部的132.9和94 MPa下降至底部的126和78.8 MPa;经焊后热处理的试样中部的σb最高,达到243.8 MPa,而上部的σ0.2最高,为123.3 MPa;延伸率δ则依次升高,无缺陷,有缺陷和热处理后接头的δ分别由上部的6.7%,4.8%和7.5%升高至底部的10.1%,8.5%和14%.经焊后热处理的接头焊核区晶粒沿厚度方向更均匀和细小,力学性能明显提高,并以韧性断裂为主,显微硬度波动很小.对于有缺陷接头,焊接缺陷严重降低了接头的力学性能,主要以韧-脆混合方式断裂,各分层的显微硬度均低于无缺陷接头.     

7075铝合金薄板搅拌摩擦点焊接头力学性能研究

采用正交试验法对7075铝合金薄板搅拌摩擦点焊工艺参数进行了优化,分析了点焊接头的成形情况,测试了接头的抗拉强度和焊点的硬度,分析了接头冶金结合面积与最大抗拉载荷之间的关系.结果表明,焊接停留时间对焊点抗拉强度的影响最显著,其次是搅拌头旋转速度,而轴肩下压量的影响最小.焊接工艺参数为:停留时间6s、下压量0.2mam、旋转速度1 500 r/min时,焊点最大抗拉载荷为6.07 kN,焊点表面成形良好,冶金结合程度最佳,焊点硬度分布呈“W”形,热影响区硬度值最低.     

铝合金搅拌摩擦点焊接头力学性能数值模拟

针对铝合金搅拌摩擦点焊工艺,通过实验测试,确定了点焊接头各组织形态和材料属性,建立了接头拉剪力学性能的数值模拟分析模型,获得了拉剪载荷作用下点焊接头的应力分布与变形规律,揭示了接头失效过程.研究结果可为铝合金搅拌摩擦点焊接头拉剪力学性能的分析与评价提供参考.     

7075厚板铝合金搅拌摩擦焊接头晶间腐蚀行为研究

对20 mm厚7075铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头沿板厚方向进行分层晶间腐蚀行为研究。借助光学显微镜及扫描电子显微镜分析了接头组织、第二相成分及分布、腐蚀深度及接头各区腐蚀形貌。结果表明:焊缝中心区腐蚀程度最轻,热机影响区(TMAZ)次之,热影响区(HAZ)腐蚀程度最严重;沿板厚向下,焊核区(NZ)腐蚀程度逐渐变大,TMAZ腐蚀程度先变大后减小,HAZ腐蚀程度逐渐减小;接头沿板厚方向晶粒大小和第二相粒子尺寸及分布存在差异,是造成沿板厚方向各区不同晶间腐蚀程度的主要原因。     

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。     

铝合金搅拌摩擦焊接接头腐蚀疲劳研究进展

搅拌摩擦焊接(FSW)技术由于其固相焊接特征,在焊接铝合金方面具有显著优势。随着铝合金FSW接头在工业领域的应用越来越广,其腐蚀疲劳性能成为人们的关注重点。综合评述了铝合金FSW接头腐蚀疲劳的最新研究进展,介绍了铝合金FSW接头腐蚀疲劳研究的必要性及未来发展趋势。     

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.     

厚板5083铝合金搅拌摩擦焊接头沿厚度方向组织与力学性能

针对铝合金搅拌摩擦焊接工艺参数优化问题,对5083铝合金板材进行研究,开展其在不同搅拌摩擦焊工艺参数下的力学性能探索,运用主成分分析和灰色关联度分析法对试验结果进行探索,得出焊接接头最优工艺参数,并建立基于GRG的工艺参数二阶预测模型.结果表明,均值极差法得出最优工艺参数组合为转速1 400 r/min,焊接速度1 mm/s,下压量0.3 mm,接头抗拉强度最大达到225.5 MPa,达到了母材的95.4％,失效位移为10.6 mm. 在试验工艺参数范围内,影响接头抗拉强度的主要因素次序为下压量、焊接速度、转速;模型预测值与计算值无显著差异,回归模型与试验数据的吻合度好,说明预测模型可靠度高,此回归模型可作为其预测模型.     

新型厚板铝合金MIG焊及搅拌摩擦焊接头组织和力学性能

采用金相组织观察、力学性能测试及对断口形貌进行观察,研究了20 mm厚的新型铝合金单丝熔化极惰性气体保护焊和搅拌摩擦焊接头性能,结果表明, FSW焊缝中心位置发生再结晶,使组织呈细小的等轴晶粒,热影响区由于受到热循环的作用晶粒长大,成为接头最薄弱区; MIG焊接头的熔合区受过冷度等因素的影响得到细小的晶粒组织,而中心处受热输入的影响导致晶粒粗大; FSW焊接头强度相比于MIG焊的提高了23.9%,通过拉伸试验发现焊接试样的断裂位置都发生在焊缝区域,通过扫描电镜观察发现断口都有明显的韧窝,说明断裂方式为韧性断裂。     

2219铝合金厚板搅拌摩擦焊接温度场数值模拟

通过已建立的数学模型利用ANSYS软件,对14mm厚2219铝合金搅拌摩擦焊接过程(搅拌头插入阶段和焊接稳定阶段)中的温度场进行数值模拟,并与在焊缝相应位置埋入热电偶检测结果进行对比分析.试验发现,搅拌头插入阶段焊缝的温度变化与焊接速度无关,开始阶段升温速率最大;焊接稳定阶段,沿板厚度方向呈现上宽下窄、上高下低的温度梯度分布趋势.两个阶段都是旋转频率越高,焊缝的峰值温度越高.结果表明,温度场模拟与试验检测结果基本吻合,数学模型正确.     

Al-Zn-Mg-Cu铝合金厚板搅拌摩擦焊接头搅拌区微观组织

采用搅拌摩擦焊接(Friction stir welding, FSW)技术对20 mm厚Al-Zn-Mg-Cu铝合金板材进行了焊接,随后采用热电偶、电子背散射衍射技术和透射电镜等手段研究了接头的温度分布和搅拌区沿厚度方向微观组织的不均匀性。结果表明,焊接峰值温度沿板材厚度方向逐渐降低。距焊缝中心10 mm处,板材表面焊接峰值温度最高为430 ℃,板材底面峰值温度最低为302 ℃。温度梯度是导致晶粒尺寸沿厚度方向逐渐减小的主要原因,晶粒细化是连续动态再结晶、不连续动态再结晶和几何动态再结晶综合作用的结果。搅拌区晶粒没有明显的择优取向,且该区域的析出相发生溶解再析出,析出相主要为η′相。     

6082-T6厚板铝合金搅拌摩擦焊焊接接头应力腐蚀的敏感性

采用慢应变速率拉伸(SSRT)试验研究厚度为23 mm的6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头在含w(NaCl)3.5%中性溶液及空气中的应力腐蚀敏感性。结果表明:搅拌摩擦焊接头的上层和下层均未在含w(NaCl)3.5%中表现出应力腐蚀倾向;通过微观断口SEM分析可知,2种接头在惰性环境和腐蚀环境中断口SEM形貌上未发现脆性断裂特征,断口形貌以塑性断裂形成的韧窝为主。     

厚板铝合金搭接搅拌摩擦焊组织及力学性能分析

对15.0 mm厚7N01铝合金进行了搭接搅拌摩擦焊连接,对搭接接头进行了显微组织、显微硬度、抗剪以及疲劳性能测试。研究结果表明,采用搅拌针长度为17 mm的搅拌头搭接接头抗剪性能最佳,抗剪强度为245MPa;搭接接头微观组织与对接接头相比并无较大差异,但在结合面处形成了虎克缺陷和冷搭缺陷;搭接接头在摩擦热的作用下形成了一定的软化区,位于前进侧和后退侧的热影响区;焊核区的硬度在厚度方向上存在一定的差异性;当N=1×10~6次时,7N01(15.0 mm)铝合金搭接搅拌摩擦焊接头的条件疲劳极限为54.85 MPa,为母材的40.4%。     

LF2铝合金搅拌摩擦焊接接头磨损性能研究

试验了LF2铝合金搅拌摩擦焊接接头的摩擦磨损行为，通过观察接头磨损表面形貌没有发现明显的大块剥落开裂迹象。表面呈现疲劳磨损特征。这是由于搅拌摩擦焊接头形成的细小等轴晶粒导致裂纹扩展困难所造成的。