新型热处理工艺对搅拌摩擦焊接头性能的影响

为了抑制焊后热处理过程中搅拌摩擦焊(FSW)接头晶粒异常长大(AGG)现象的发生、保证接头的强韧性,提出固溶-变形-时效一体化的新型焊后热处理工艺。该工艺以2024-O铝合金FSW接头为研究对象,在450℃保温40min后水淬至室温,然后冷拉伸变形,并于190℃人工时效处理。经光学显微镜观察发现,450℃固溶处理能够显著抑制接头AGG现象的发生。固溶后冷变形结合后续人工时效处理工艺,接头力学性能明显改善,接头显微硬度和强度随着冷变形量的增加而不断提高,当变形量为10%时,接头的硬度和强度值达到最大。由于接头没有发生AGG,焊缝细小的等轴晶和析出相使得新型焊后热处理FSW接头的强度、硬度和塑性均高于传统固溶时效热处理接头。     

2219-T6静轴肩辅助搅拌摩擦焊组织与性能分析

为探究安装外部静止轴肩对搅拌摩擦焊接头成形和力学性能的影响,采用自主研制的外部静止轴肩辅助搅拌摩擦焊(Non-Rotational Shoulder Assisted Friction Stir Welding,NR-SA-FSW)焊具对2219-T6铝合金4 mm厚板材进行对接焊试验,观察焊后接头表面成形情况.采用拉伸和显微硬度试验对焊缝的力学性能进行测试,并与相同焊接参数下的搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)进行对比分析.使用金相显微镜和场发射扫描电镜对接头焊缝组织进行分析.结果表明,由于静止轴肩的平动刮擦作用,NRSA-FSW相比FSW,接头表面更加光滑,无鱼鳞纹、飞边以及接头减薄现象.NRSA-FSW接头相比于FSW接头软化区有所增加,接头显微硬度分布更加均匀.NRSA-FSW接头平均抗拉强度323 MPa,达到母材的72％,抗拉强度同FSW相近.NRSA-FSW焊核呈"U"状,焊缝组织无缺陷.接头拉伸试验在焊核区(Nuggest-Zone,NZ)处断裂,为韧性断裂.     

6005A-T6/6082-T6铝合金FSW与MIG接头组织与性能研究

采用光学显微镜、拉伸试验机、显微硬度计和疲劳试验机对FSW及MIG焊接接头的微观组织及力学性能进行了研究。结果表明:FSW焊核区为细小的等轴晶,热机械影响区呈现为被拉长的畸变晶粒,热影响区的组织明显粗化;MIG接头焊缝区晶粒为明显的铸态组织,热影响区晶粒长大情况也比FSW严重。与MIG相比,搅拌摩擦焊焊接(FSW)接头的抗拉强度相对较高,最小硬度值出现在后进侧的热影响区;高周疲劳(Nf>107)时,FSW的接头疲劳强度高于MIG接头疲劳强度,高出约14%。     

焊接工艺对6082-T6铝合金FSW接头微观组织与力学性能的影响

利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、硬度和室温拉伸等方法,研究焊接工艺对厚度为5 mm的6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织与力学性能的影响。研究结果表明:在相同焊接速度下,随着搅拌针旋转速度的增加,焊核区(NZ)晶粒长大,再结晶程度提高,第二相数量增多且分布更均匀,焊核区的硬度增加;而热影响区(HAZ)晶粒长大、第二相粗化,硬度严重下降。低旋转速度时,硬度最低值位于焊核区和热机影响区(TMAZ)之间,接头硬度分布曲线呈"U"形,高旋转速度时,焊核区硬度较高,热影响区严重软化,其硬度低于焊核区,接头硬度分布曲线呈"W"形。随着旋转速度的增加,低旋转速度组FSW接头抗拉强度逐步增高,高旋转速度组FSW接头抗拉强度先增高,后降低。当旋转速度为1 400 r/min时,FSW接头抗拉强度最好,为271.63 MPa,焊接系数达到82.12%。     

12Cr1MoV钢小直径管焊接接头取消焊后热处理的组织研究

本文研究了12Cr1MoV钢小直径管焊接接头在焊后进行热处理和不进行热处理时的高温时效特性和组织，结果表明，焊后热处理对高温长期运行的接头组织是不利的。     

7075-T6合金超声辅助搅拌摩擦焊接头搅拌区组织与力学性能

搅拌区的金属流动不充分容易导致轴肩影响区与搅拌针影响区之间的过渡区出现疏松缺陷并恶化接头的力学性能.在不同焊接参数条件下,对7075-T6铝合金分别进行常规搅拌摩擦焊接(FSW)和超声辅助搅拌摩擦焊接(UAFSW),研究了超声振动对接头搅拌区的金属流动行为、微观组织特征和力学性能的影响.结果表明:相同焊接参数下,UAFSW接头搅拌区的力学性能均优于FSW接头.焊接参数为1000r/min-110mm/min 的UAFSW接头搅拌区的抗拉强度和延伸率最高,分别达到515MPa和17.3%.在搅拌摩擦焊接过程中施加轴向超声振动可以显著降低搅拌区金属的屈服应力和流变应力,促进塑化金属沿板厚方向的流动.消除搅拌区中过渡区的疏松缺陷,并细化微观组织,是接头力学性能提高的主要原因.     

Al-Li合金搅拌摩擦焊技术的研究进展

Al-Li合金因其低密度、高比强度、高比刚度等优点,在航空航天领域得到了广泛的应用。作为新型的固态焊接技术,搅拌摩擦焊（friction stir welding,FSW）技术为Al-Li合金的工业化应用带来了新的发展前景。综述了近年来主要Al-Li合金（包括Al-Li-Cu、Al-Cu-Li、Al-Mg-Li）FSW技术的大致研究进展,总结了FSW工艺参数及后热处理工艺参数对焊接接头显微组织及力学性能的影响规律,并展望了未来的发展方向。     

时效处理对2024铝合金FSW接头组织及性能的影响

采用不同时效工艺对2024铝合金搅拌摩擦焊接头进行时效处理,与自然时效相比发现,第二相粒子数量,强度、硬度值在170℃和150℃+170℃人工时效后都增加,而180℃和150℃+180℃人工时效后都减少;特别是150℃+170℃双级人工时效后接头的性能达到了最佳,其中硬度的最小值增加了16HV,达到了110HV,接头的强度增加了31 MPa,达到了391 MPa.对时效后接头的断口进行分析发现断裂方式为塑性断裂.     

6061-T6铝合金薄板的搅拌摩擦焊接

采用搅拌摩擦焊(FSW)技术对1mm厚6061-T6铝合金薄板进行了对接. 研究了焊接工艺参数的范围,实验测试了焊接接头的强度、硬度和延伸率,利用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜分析了接头的微观组织. 结果表明:对于1mm厚度6061-T6铝合金,FSW的最优工艺参数为旋转速度1800r·min-1,焊接速度1000mm·min-1;在此参数下,接头的硬度值达到母材的80%左右,抗拉强度达到母材的103%,延伸率达到母材的54%;接头的力学性能与微观结构相符.     

搅拌摩擦焊接铝合金焊区裂纹稳态扩展的临界CTOA

通过对铝合金2524-351母材及两种搅拌摩擦焊接（FSW）参数下焊区的Ⅰ型裂纹稳定扩展的研究,定义了新的临界CTOA（ψc1）的测定方法。ψc1的计算结果表明不同搅拌摩擦焊接参数下焊区临界CTOA对应一恒定值,故提出可用临界CTOA作为一断裂参量来描述FSW焊区的抗断性能,优化FSW的焊接参数。     

LY12铝合金的搅拌摩擦焊接工艺研究

根据摩擦搅拌焊接(FSW)的固相塑性连接工艺特点,在FSW焊机上进行大量的LY12铝合金连接试验.针对接头成型特点、微观组织及力学性能等,研究了焊接规范参数对于焊缝成型的影响,确定了最佳焊接参数.结果表明,当转速在1050r/min时,随焊速增加,接头强度下降;在焊速20～60mm/min内焊接时,接头强度下降不很明显,因此在此范围内均可得到强度较高的接头.其中焊速在20mm/min时可得到强度最高的接头,其强度值为320MPa,是母材强度的73%,而用常规焊接方法进行连接时强度只有60%～70%.     

基于神经网络BP算法的7075-T651铝合金搅拌摩擦焊焊接接头疲劳寿命预测

在对航空用5 mm厚7075-T651铝合金搅拌摩擦焊焊接接头进行低周疲劳实验研究的过程中,通过实验数据的获取,建立基于人工神经网络BP算法的搅拌摩擦焊焊接接头疲劳寿命预测模型.利用该网络模型对不同工艺参数下焊接接头的疲劳寿命进行预测.预测值和实验值比较表明,预测数据与实验数据吻合良好.该模型的建立为铝合金搅拌摩擦焊焊接接头疲劳寿命研究节省了时间.     

紫铜的搅拌摩擦焊工艺与接头性能分析

搅拌摩擦焊是一种新型固相塑性连接方法,它的出现为铜的焊接提供了一种新的工艺.对紫铜的搅拌摩擦焊工艺进行了研究,通过工艺试验,对其焊缝成形、接头组织形态及其力学性能进行了分析.研究结果表明,搅拌摩擦焊接紫铜时应选用搅拌头旋转速度在400~700 r/min,焊接速度为35~60 mm/min;从显微组织角度,由于接头主要发生了动态再结晶,焊接接头没有热力影响区,而是三个区,即焊核区、热影响区、母材区.研究还发现用搅拌摩擦焊得到的铜接头出现了明显的软化现象,接头的机械性能比母材低,但比熔化焊得到的接头性能要高,其平均抗拉强度可达到母材的80%.     

双道次搅拌摩擦焊后Cu-Al接头的成型及界面组织

对异种金属纯铜、纯铝板材进行了搅拌摩擦单道次焊与双道次焊试验,试验中采取搭接焊方式,使用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)对焊接接头成型及组织进行研究.结果表明:单道焊能够形成良好的搭接接头,但易出现孔洞缺陷,双道次焊能消除单道次焊接产生的孔洞缺陷.单道次焊的界面金属间化合物由Al_2Cu层和Al_4Cu_9层组成,双道次焊后的界面金属间化合物只有Al_2Cu层.单道次和双道次焊接后金属间化合物层总厚度小于1μm,双道次焊后界面金属间化合物层更薄.     

冷却条件对2519A铝合金搅拌摩擦焊焊缝性能的影响

采用搅拌摩擦焊焊接厚度为2.75 mm的2519A铝合金板材。分别研究在空气和水流中冷却对焊接性能和焊缝组织的影响。实验结果表明:在旋转速度为2 700 r/min,焊接速度为60 mm/min条件下,水冷焊接得到美观并无明显缺陷的接头,提高了接头强度,抗拉强度达到340 MPa;在水冷条件下,热影响区的范围变窄,热影响区平均硬度提高,焊核区晶粒粒度比空冷条件下的更加小,硬度几乎呈直线分布;而在空冷条件下,焊核区硬度呈先上升后下降趋势,变化明显,水冷焊核区平均硬度低于空冷条件下平均硬度,这是因为空冷焊接能够提高固溶度并促进随后的时效发生。     

预热条件下双面搅拌摩擦焊接厚规格管线钢接头的组织与韧性

熔焊伴随的高热输入极易引起热影响区（Heat Affected Zone, HAZ）组织的粗化和脆化,尤其是在临界粗晶热影响区（Inter-critically Coarse-grained HAZ, ICCGHAZ）,严重削弱接头韧性。本研究中,在预热条件下对11 mm厚的管线钢板进行双面搅拌摩擦焊接（Friction Stir Welding, FSW）,并与双面熔化极气保护焊接（Gas Metal Arc Welding, GMAW）接头进行比较,系统地研究了焊接接头中各亚区组织与韧性之间的关系。与GMAW接头相比,FSW接头ICCGHAZ韧性显著改善。通常,由于高的峰值温度和变形抗力,FSW管线钢接头焊核区（Nugget Zone, NZ）组织比较粗大。然而,在本研究中,第一道次NZ（NZ1）在进行第二道次FSW时被重新加热,由于发生铁素体静态再结晶,NZ1组织明显细化。在整个FSW接头中,NZ韧性最佳,达到母材的112%。这归因于NZ1中细小的铁素体晶粒可以有效阻碍裂纹的萌生和偏转。     

FGH96惯性摩擦焊接头焊后处理显微组织与性能

为研究不同热处理工艺下FGH96惯性摩擦焊接头的综合性能,对FGH96高温合金惯性摩擦焊后进行不同温度的固溶热处理和失效热处理,通过对宏观形貌、显微组织、γ'强化相、显微硬度及疲劳极限的分析,确定最佳热处理工艺。研究发现,热处理工艺为1 080℃保温2 h固溶热处理,760℃保温10 h时效强化时,焊接接头的晶粒恢复到母材程度、γ'强化相最为均匀、显微硬度最高、疲劳性能最好。     

7022铝合金搅拌摩擦焊焊接区的组织与力学性能

以厚度为10mm的7022铝合金为对象进行搅拌摩擦焊接试验,研究了搅拌摩擦焊工艺参数对接头组织和力学性能的影响.结果表明:焊接接头具有良好的力学性能,在搅拌头转速为400r/min、焊接速度为100mm/min时,7022铝合金的搅拌摩擦焊接头抗拉强度和屈服强度分别达615MPa和533 MPa,均超过了母材;焊接接头的显微硬度略低于母材;断口形貌分析表明,7022铝合金搅拌摩擦焊接件拉伸断裂为韧性断裂.     

搅拌摩擦焊工艺参数对超薄铝合金板/高强钢搭接焊接头组织及性能的影响

采用复合式搅拌头对0.7 mm厚6010铝合金板和2.0 mm厚DP600钢板进行搅拌摩擦搭接焊,在不磨损搅拌头的同时获得了性能优良的焊接接头。研究了不同焊接工艺参数对铝合金/高强钢焊接接头界面结构及力学性能的影响。结果表明,在搅拌针未进入钢板的情况下,顶锻力是搅拌摩擦焊过程中的关键参数,存在一个实现铝合金/高强钢异种材料搅拌摩擦搭接焊的最小顶锻力。在恒定顶锻力5.0 kN,转速1 200 r/min的焊接条件下得到了最佳性能的焊接接头,拉伸强度达到260 MPa,且断裂发生在铝合金母材区。铝合金/高强钢界面存在一层厚2.0 μm的过渡层。     

GH4169合金惯性摩擦焊接头的高温持久性能

通过显微硬度、SME和TME对直接时效态和固溶态的GH4169高温合金惯性摩擦焊接头焊态和焊后时效态的高温持久性能进行了分析。结果表明，对于上述两种合金在焊态下焊接接头的显微硬度出现明显的软化现象，经焊后时效处理，焊接接头的显微硬度分布较为均匀，并以焊合区的显微硬度最高。高温持久实验表明，经焊后时效处理的上述两种合金都呈现出典型的韧性断裂，并以直接时效态的ZSGH4169高温合金焊后＋时效惯性摩擦焊接头的高温持久性能量佳，并高于直接时效态的母材。