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.     

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.     

2219铝合金搅拌摩擦焊接工艺研究

借助于有限元仿真软件ANSYS模拟仿真2219铝合金搅拌摩擦焊接过程,得到在焊接准稳态阶段不同时刻和位置处的温度情况,确立了温度场在时间和空间上的分布规律.结果表明,焊接的最高温度为525℃,低于铝合金熔点.在试验中采用仿真所使用的焊接工艺参数,得出的焊缝表面质量较好,没有出现背部间隙及未焊透缺陷.在整个试验过程中,试验测得的工件温度变化与仿真模拟的结果误差小于5%.在进行试件的力学性能试验中,试件的抗拉强度达到母材的74%,均高于其它的焊接方式.所采用的焊接工艺参数对实际焊接6mm厚的2219铝合金具有借鉴作用.     

6005A合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的研究

对6005A—T6铝合金FSW接头、母材以及MIG焊接头进行了疲劳性能试验对比研究。结果表明,FSW接头的抗拉强度约是母材抗拉强度的82．5％;MIG焊试样的抗拉强度约是母材抗拉强度的73．4％。当循环周次N〉10^7时,FSW试样的疲劳强度值接近于母材,约为母材疲劳强度值的93％,而MIG焊试样的疲劳强度值仅为母材的67％。FSW接头热影响区的断口疲劳区形貌为准解理和韧窝的组合形貌。准解理型穿晶扩展裂纹与FSW接头热影响区中原母材枝晶结构有关,断口扩展区形貌为韧窝状形貌。     

焊接速度对铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

以厚度3 mm的6061-T6铝合金板材搅拌摩擦焊对接接头为研究对象,建立热力耦合有限元模型,准确模拟了焊接过程的温度场分布及演变规律,采用光学显微观察、电子背散射衍射、显微硬度测量以及拉伸试验等表征方法,研究了焊接速度对焊接接头成形特性、显微组织和力学性能的影响机理.结果表明:接头焊核区在焊接过程中经历了完全动态再结晶,形成细小等轴晶;后退侧热影响区经历了动态回复,晶粒显著长大,晶界强化作用弱于焊核区晶粒;当焊接速度为300～800 mm/min时,接头焊缝成形良好,拉伸断裂均在焊缝后退侧热影响区,在焊接过程中受温度(400～480℃)影响显著,析出强化相溶解导致力学性能明显降低,在此焊接速度范围内,随速度的提高,接头强度增加,最高强度系数为80.86％(800 mm/min);当焊接速度进一步增加至1200 mm/min时,接头的焊接成形性变差,焊核区出现未焊合和隧道缺陷,接头拉伸试验时在焊核区发生断裂.     

蠕变时效对2219铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能与微观组织的影响

为了研究蠕变应力作用下的时效热处理对2219铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能与微观组织的影响,对蠕变时效与人工时效2种不同热处理工艺板材的搅拌摩擦焊接进行对比实验.研究结果表明:相比于人工时效板材的搅拌摩擦焊(AA+FSW)接头,蠕变时效板材搅拌摩擦焊(CA+FSW)接头的显微硬度、抗拉强度和伸长率均更高;CA+FSW板材...     

7050铝合金搅拌摩擦焊接头的热稳定性

5 mm厚7050铝合金搅拌摩擦焊接头在490℃固溶处理1 h,利用光学显微镜观察接头微观组织,研究接头焊核区组织的热稳定性.结果表明:焊核区的热稳定性与焊接参数有关,当以转速200 r/min,焊速20 mm/min的参数焊接后,焊核区组织稳定.而以转速600 r/min,焊速分别40、50 mm/min的参数焊接后,接头焊核区部分晶粒出现异常长大,热-机影响区与焊核区的交界面、焊核区根部是组织不稳定的源头.     

7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳断口

利用电子显微镜和扫描电镜对7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳断口进行研究,分析了 7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳裂纹的发展过程。结果表明,搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳裂纹萌生 于焊核区和热力影响区的交界处并逐渐向热力影响区内部扩展,最终延伸并断裂于热影响区。腐蚀疲劳断 口存在多个裂纹源,裂纹源萌生于腐蚀坑处。腐蚀疲劳裂纹扩展分为低速扩展、稳态扩展和快速亚稳态扩展 3个阶段。在低速扩展阶段,产生了很多点蚀坑。在稳态扩展阶段,腐蚀疲劳具有脆性断裂特征。在快速亚 稳态扩展阶段,循环荷载成为裂纹扩展的主要驱动力而腐蚀作用的影响减弱。腐蚀疲劳裂纹扩展的瞬断区 呈现以脆性断裂为主的断裂特征。     

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。     

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。     

铝合金搅拌摩擦裂纹修复区的显微组织及力学性能

对表面预制了0.8mm深、0.5mm宽裂纹的2A12铝合金进行搅拌摩擦修复,修复后对其修复区显微组织变化规律和力学性能进行了详细研究.结果表明:在合理修复工艺下,实现了裂纹的修复,修复区的平均抗拉强度R_○m、屈服强度R_eL可达到母材的90.1%和92.2%.修复区存在3个组织变化区,其中修复核心区的晶粒被反复碎化、长大及动态再结晶;热机影响区晶粒具有明显的塑性变形,与晶粒显著长大的热影响区共同构成组织软化区;表面硬度与截面上部硬度曲线相似,截面硬度上部依次高于下部;修复核心区存在大量的小角晶粒,并且内部存在一定密度的位错,在晶粒四周均匀分布细小强化相.     

铝合金氧化膜厚度对搅拌摩擦焊接接头组织和性能的影响

对表面氧化膜厚度不同的6005A-T4铝合金挤压板材进行搅拌摩擦焊接,观察接头宏观形貌、显微组织,并测试拉伸力学性能,研究氧化膜厚度对焊接后接头组织和力学性能的影响。试验结果表明：在搅拌头转速1 200 r·min^-1和焊速750 mm·min^-1时,可获得质量良好的接头;通过表面处理改变母材焊接前氧化膜厚度,由自然状态下5 μm增至30 μm,可使焊接接头抗拉强度由194.9 MPa下降至177.1 MPa,接头强度系数由82.56%下降到72.38%,说明氧化膜厚度对接头强度有极大影响;通过对接头处断口进行扫描电子显微镜和能谱分析,确定S曲线中“黑色物质”主要成分为Al₂O₃,而且大量氧化物颗粒形成的弱连接是导致接头抗拉强度下降的主要原因。     

7075铝合金搅拌摩擦焊模拟与实验研究

搅拌摩擦焊解决了7075铝合金难焊接问题,但焊接过程中复杂的温度、流场变化容易造成焊缝缺陷.本文利用FLUENT软件模拟研究了7075铝合金焊接过程温度场与流场的变化规律,并对模拟结果进行了验证.结果表明:前进侧焊接温度高于后退侧,但其材料流速低于后退侧,焊缝最高温度出现在轴肩边缘内侧.搅拌头转速越大,焊接速度越小,则...     

半固态搅拌摩擦焊温度场分析及组织验证

为避免由材料流动不足而导致的焊接缺陷以及降低焊接过程中的作用力,提出了半固态搅拌摩擦焊. 本文以2024-T3铝合金为研究对象,进行了焊接过程中温度及显微组织分析. 温度的模拟及测量结果表明:当搅拌头的旋转速度为1600r·min-1、焊接速度为150mm/min时,稳态时焊核区的温度峰值达到了518℃,超过了焊材的固相线. 空冷条件下常规搅拌摩擦焊与水冷条件下的半固态搅拌摩擦焊焊核区的显微组织对比结果表明,利用搅拌头摩擦产热的方法可使搅拌区呈现液态金属母液中均匀悬浮着近似球形晶粒的半固态组织.      

铝合金回填式搅拌摩擦点焊负载测量分析

利用测力传感器对6082-T6铝合金回填式搅拌摩擦点焊过程中的Z向负载进行了测量,研究了搅拌摩擦点焊过程中不同焊接工艺参数(轴肩转速、搅拌针转速、扎入/回抽时间和扎入深度等)对负载的影响.结果表明,铝合金搅拌摩擦点焊试验中负载曲线可分为压紧环下压区、轴肩扎入区、搅拌针回填区和搅拌头卸载区四个部分.试验负载随轴肩(或搅拌针)转速的增大出现波动下降的趋势;焊接负载随轴肩扎入/回抽时间的增加而逐渐降低;焊接负载也随轴肩扎入深度的变化而变化,但没有发现特定影响规律.     

多道次搅拌摩擦加工对5083-O铝合金组织性能的影响

在不同轴肩直径、搅拌头转速和搅拌头行进速度下,对27mm厚5083-O铝合金进行了多道次搅拌摩擦加工(multi passfrictionstirprocessing),搭接率为100%,共进行3道次搅拌摩擦加工.研究结果表明,加工区由细小的再结晶组织组成;随着加工道次的增加,加工区内部缺陷体积减少,晶粒进一步细化,析出相细化并均匀分布,力学性能提高,加工区最高抗拉强度可达360MPa,延伸率也优于母材;其中,第二道次加工对材料组织和性能的影响最为明显.