转速对铝铜异种材料水下搅拌摩擦焊接接头组织与性能的影响

采用水下搅拌摩擦焊接(submerged friction stir welding,SFSW)技术对2024-T4铝合金和紫铜进行连接,研究转速对接头微观组织与力学性能的影响。结果表明:接头成型良好,无裂纹、孔洞等缺陷。随转速升高,接头表面平整度提高,大量铜被卷入焊核区(nugget zone,NZ),NZ组织结构逐渐混乱。SFSW过程中,冷却水有效抑制了晶粒粗化和脆性金属间化合物生成。当转速为750r/min时,接头抗拉强度为227MPa,达到铜母材的70.3%,随转速增大,接头的抗拉强度和伸长率降低。     

2195铝锂合金超声振动辅助搅拌摩擦焊接工艺研究

采用新型超声振动辅助搅拌摩擦焊接设备实现了4 mm厚的2195铝锂合金轧制板的焊接,比较和分析了施加超声对焊缝宏观金相组织、显微硬度与接头拉伸性能的影响,研究了工艺参数对铝锂合金超声振动辅助搅拌摩擦焊缝成形及接头力学性能的影响规律.结果表明:在相同工艺参数条件下,施加超声振动能量能够改善2195铝锂合金搅拌摩擦焊接成形性,促使焊核区塑性材料流动增强,同时减少甚至消除常规搅拌摩擦焊接头内部的孔洞缺陷;在焊缝的上部及中部,由于超声的作用,焊核区的显微硬度得以提高,而焊缝底部变化不大;接头的断口均呈现出韧性断裂模式,施加超声振动能量后的接头的伸长率得以提高,其断口韧窝更加细小均匀;在所研究的工艺参数范围内,接头的最高抗拉强度为282.8 MPa,最大伸长率为11.5％.在转速为600 r/min,焊接速率为225 mm/min条件下,施加超声使接头抗拉强度提高了17.5 MPa,伸长率提高了3.7％.     

超声对铝/镁异质合金搅拌摩擦焊接成形的影响

开展了厚度为4 mm的6061铝合金/AZ31B镁合金板的搅拌摩擦对接工艺实验,对比分析了常规搅拌摩擦焊(FSW)和超声振动强化搅拌摩擦焊(UVeFSW)的焊缝横截面与水平截面的材料流动情况、界面金属间化合物厚度、机械锁合程度以及接头拉伸性能等,探究了超声振动的作用机理。结果表明：超声振动能够促进接头不同部位的材料流动和热量传输,从而减小甚至消除焊接缺陷;施加超声振动后,铝/镁界面处的金属间化合物均有所减薄,同时界面机械锁合程度也均有所增强,因此UVeFSW接头的抗拉强度相比于同一工艺参数时FSW接头有所提高,施加超声振动后接头的最高抗拉强度达到了174.20 MPa。     

超声对铝/镁异质合金搅拌摩擦焊接成形的影响

开展了厚度为4 mm的6061铝合金/AZ31B镁合金板的搅拌摩擦对接工艺实验,对比分析了常规搅拌摩擦焊(FSW)和超声振动强化搅拌摩擦焊(UVeFSW)的焊缝横截面与水平截面的材料流动情况、界面金属间化合物厚度、机械锁合程度以及接头拉伸性能等,探究了超声振动的作用机理。结果表明：超声振动能够促进接头不同部位的材料流动和热量传输,从而减小甚至消除焊接缺陷;施加超声振动后,铝/镁界面处的金属间化合物均有所减薄,同时界面机械锁合程度也均有所增强,因此UVeFSW接头的抗拉强度相比于同一工艺参数时FSW接头有所提高,施加超声振动后接头的最高抗拉强度达到了174.20 MPa。     

铝 / 镁异种金属搅拌摩擦焊研究现状及发展趋势

为进一步优化焊接工艺,提高铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接头的性能,促进铝/镁异种金属结构在航空航天、轨道交通、汽车工业等领域的广泛应用,综述了近5年来国内外铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接的最新研究成果,对焊接工艺参数、接头的力学性能、微观组织以及异种金属搅拌摩擦焊的新工艺进行了总结和分析。国内外大量研究结果表明,通过选择合适的工艺参数、改变搅拌针的偏移,可以获得抗拉强度较高、焊缝成形良好的铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接头,焊缝中存在的金属间化合物是导致焊接接头性能不能满足工程应用的主要因素,但目前对于搅拌摩擦焊接过程中金属间化合物的产生、分布规律缺乏深入研究。     

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。     

6016-T4铝合金与镀锌IF钢搅拌摩擦焊接头的组织与性能

采用搅拌摩擦焊接对1.2 mm厚的6016-T4铝合金和1.0 mm厚的镀锌IF钢进行搭接试验。通过对接头的力学性能和界面组织进行研究,发现在焊接速度为100 mm/min、旋转速度为800～2 000 r/min的条件下焊缝成形良好,表面无沟槽、孔洞等缺陷;当旋转速度为1 200 r/min时,接头的拉剪强度最高,达到172 MPa,为铝合金母材强度的82%;铝合金硬度值呈"W"型分布,最低值在接头两侧的热力影响区及其与热影响区的交界处,硬度最高值在接头的焊核区,达到69.1HV,镀锌IF钢硬度值呈倒"U"型分布,最高值在焊核区,达到192.3HV;在搅拌针和轴肩的共同作用下,铝和钢搭接接头的界面组织特征呈现机械连接+冶金连接的特点,在搅拌针作用区的两侧界面处各形成一个"钩子"状的结构,扎入铝合金基体中,形成机械连接,钢铝界面处生成的Fe-Al金属间化合物、Al-Zn化合物和Fe-Al的层状组织共同形成冶金连接。     

Zn对钢/铝异种金属搅拌摩擦焊接头界面组织及性能的影响

采用离子喷涂方法在钢侧喷涂厚度为0.4 mm的Zn粉,对厚度同为3 mm的6005A-T6铝合金与S420MC钢板进行搭接搅拌摩擦焊实验。采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度等方法研究Zn对焊缝界面形貌、微观组织结构、力学性能及界面生长的影响。结果表明:无Zn层钢/铝接头和有Zn层钢/铝接头均在界面处形成了搅拌焊特有的"飞边",并延伸至铝基体中形成机械咬合接头,界面处均有AlFe,AlFe_3,Al_(13)Fe_4金属间化合物产生。有钢质颗粒弥散分布在无Zn层的钢/铝接头的铝基体中。Zn的添加降低了界面反应层厚度,钢/铝搅拌摩擦焊界面结合方式为"机械+冶金"。接头断裂位置均在界面处,无Zn层钢/铝断裂接头为典型的"韧-脆"混合型断裂,有Zn层钢/铝接头为韧性断裂。最高显微硬度值从无Zn层接头的388HV降低到有Zn层接头的210HV。     

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。     

焊后时效对7046铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

对厚度为3.5 mm的7046铝合金挤压板材进行搅拌摩擦焊接并对焊接接头进行人工时效,研究了焊后时效对接头力学性能的影响。结果表明,焊接接头时效前的硬度分布大致呈“W”形,抗拉强度为406.5 MPa,焊接系数为0.8,拉伸时在后退侧热影响区与热机影响区的过渡位置出现断裂,此处的硬度值最低,断裂面上有大量的韧窝;进行120℃×24 h时效后,接头的热影响区、热机影响区和焊核区的硬度都显著提高,母材区的硬度变化不大,硬度分布大致呈“一”形,抗拉强度大幅度提高到490 MPa,焊接系数达到0.96,拉伸时在焊核区中心断裂,断裂面有大量的沿晶裂纹。时效后接头区域的晶内GPI区转变成具有更好强化效果的η′亚稳相,使接头的硬度和强度提高;与其它区域相比,焊核区中晶界η相的分布更连续,晶界处无沉淀析出带的体积分数更大,因此容易成为拉伸时的断裂位置。     

Microstructure and XRD analysis of FSW joints for copper T2/aluminium 5A06 dissimilar materials

Copper (T2) and aluminium alloy (5A06) were welded by friction stir welding (FSW). The microstructure, mechanical properties and phase constituents of FSW joints were studied by metallography, tensile testing machine and X-ray diffraction. The results indicated that the high quality weld joint could be obtained when tool rotational speed is 950 rpm, and travel speed is 150 mm/min. The maximum value of tensile strength is about 296 MPa. The metal Cu and Al close to copper side in the weld nugget (WN) zone showed a lamellar alternating structure characteristic. However, a mixed structure characteristic of Cu and Al existed in the aluminium side of weld nugget (WN) zone. There were no new Cu-Al intermetallic compounds in the weld nugget zone.     

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。     

异种铝合金回填式搅拌摩擦点焊工艺的研究

目的 研究搅拌头转速和轴套下压量对异质铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头的组织及力学性能的影响。方法 采用回填式搅拌摩擦点焊技术对7050铝合金和2524铝合金进行搭接焊试验,焊接完成后利用光镜、体式显微镜、扫描电镜对组织进行观察,另外,测试拉伸剪切载荷和显微硬度分布,最后对断裂行为进行了研究。结果 接头区域可以分为焊核区、热力影响区、热影响区、母材4个区域,焊核区晶粒呈细小等轴状,热力影响区晶粒呈粗大长条状。随搅拌头转速的增大,拉剪载荷降低,当转速为1500 r/min时拉剪载荷值最高,其值为7.499 44 kN。热影响区的显微硬度比母材低,最小值为HV106。接头的断裂方式可以分为剪切型断裂、塞型断裂、剪切-半环型断裂。结论 在一定工艺参数范围内,通过适当降低搅拌头转速能显著提高接头的拉剪载荷,轴套下压量对接头的断裂方式影响显著。     

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。     

焊接速度对 7A52 铝合金 FSW 组织及力学性能的影响

目的在保证搅拌速度一定时,针对8 mm厚的7A52铝合金,在不同焊接速度下采用搅拌摩擦焊(FSW)进行焊接试验,研究其焊接接头的显微组织及力学性能。方法利用搅拌摩擦焊机进行对接焊接,焊后制取金相试样观察焊接接头宏观形貌和显微组织,并测定其力学性能。结果7A52铝合金FSW焊接接头焊核区的面积随着焊接速度的增大而增大,当焊接速度为250mm/min时,焊接接头的焊核区面积最大,焊核区的显微组织都为细小的等轴晶,焊接接头横截面的焊核区呈明显"洋葱环"的形貌,而热力影响区的结构特征则呈现出了较高的塑性变形流线层。焊接接头显微硬度分布都呈现出"W"形变化,在焊接速度为150 mm/min时,焊接接头的平均抗拉强度能达到452 MPa,达到了母材抗拉强度的89%。结论通过对不同焊接速度下7A52铝合金FSW焊接接头的组织和性能进行研究,得到了不同焊接速度下焊接接头组织和力学性能。     

Microstructure and mechanical properties of spray formed 7055 aluminum alloy by underwater friction stir welding

Ultra-high strength spray formed 7055 aluminum alloy in which Zn is supersaturated solid solution requires strict control of heat input in welding process. In this paper, underwater friction stir welding is carried out in order to reduce heat input comparing with traditional friction stir welding and further improve the joint performances by varying welding temperature history. Through comparing the thermal cycle curves and distribution of residual stress of the plate welded in different media, the reason why the joint welded underwater shows a better performance is figured out. The result shows that tensile strength, hardness and plasticity of underwater welded joint are better than that welded in air. The underwater joint has a fine grained microstructure without “S line” defect, a typically distinct boundary between the weld nugget zone and the thermal mechanically affected zone and a narrow heat affected zone. The main strengthening phase in underwater joint is MgZn₂ .     

铝/镁搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头微观组织结构

目的研究不同工艺参数下钎料Zn的添加对Al/Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头组织和性能的影响。方法以厚度为0.05 mm的纯Zn作为钎料,对3 mm厚的2A12-T4态铝合金和4 mm厚的AZ31变形镁合金,进行搅拌摩擦焊-钎焊的复合焊接,分析锌夹层的添加对接头微观组织与力学性能的影响。结果当添加Zn中间层时,接头钎焊区缓解了拉伸断裂趋势,在焊接速度为23.5 mm/min,旋转速度为375 r/min时,接头抗拉剪力达到5.5 k N,复合焊接接头的钎焊焊缝由搭接区、固相扩散区、钎焊区组成。结论钎料的添加有效阻止了Al-Mg系金属间化合物的形成。     

Joint properties of dissimilar Al6061-T6 aluminum alloy/Ti–6%Al–4%V titanium alloy by gas tungsten arc welding assisted hybrid friction stir welding

Hybrid friction stir butt welding of Al6061-T6 aluminum alloy plate to Ti–6%Al–4%V titanium alloy plate with satisfactory acceptable joint strength was successfully achieved using preceding gas tungsten arc welding (GTAW) preheating heat source of the Ti alloy plate surface. Hybrid friction stir welding (HFSW) joints were welded completely without any unwelded zone resulting from smooth material flow by equally distributed temperature both in Al alloy side and Ti alloy side using GTAW assistance for preheating the Ti alloy plate unlike friction stir welding (FSW) joints. The ultimate tensile strength was approximately 91% in HFSW welds by that of the Al alloy base metal, which was 24% higher than that of FSW welds without GTAW under same welding condition. Notably, it was found that elongation in HFSW welds increased significantly compared with that of FSW welds, which resulted in improved joint strength. The ductile fracture was the main fracture mode in tensile test of HFSW welds.     

铝合金薄板搭接高速 FSW 缺陷及断裂行为

目的 为了拓展搅拌摩擦焊技术应用,对薄板搭接结构高速搅拌摩擦焊工艺优化与工程应用提供 借鉴与指导。方法 采用圆锥无螺纹搅拌针,进行了 6061 铝合金薄板搭接高速搅拌摩擦焊接,对接头界 面缺陷及其断裂模式进行分析,探讨了转速对 6061 铝合金薄板搭接接头成形及性能的影响规律。结果 发现在无螺纹圆锥搅拌针、高转速（6000~9000 r/min）条件下,接头塑性金属在后退侧易形成飞边流出, 导致下板前进侧出现孔洞缺陷,且随转速增大,界面缺陷尺寸逐渐增大,当转速达到 10 000 r/min 时, 孔洞尺寸有所减小,此时接头拉剪强度最高,为 123 MPa。对试样拉剪断裂位置分析发现,高速搭接接 头断裂位置主要有两种,分别断裂在结合界面处或在前进侧下板,且转速在 9000 r/min 以上越趋向于在 结合界面断裂。结论 高转速搭接焊接必须协调轴肩相貌、焊接工装约束等条件,保证接头塑性金属充 分流动而不流失,才能获得成形良好无缺陷的接头。     

Effect of welding speed on microstructures and mechanical properties of underwater friction stir welded 2219 aluminum alloy

Underwater friction stir welding (underwater FSW) has been demonstrated to be available for the strength improvement of normal FSW joints. In the present study, a 2219 aluminum alloy was underwater friction stir welded at a fixed rotation speed of 800 rpm and various welding speeds ranging from 50 to 200 mm/min in order to clarify the effect of welding speed on the performance of underwater friction stir welded joint. The results revealed that the precipitate deterioration in the thermal mechanically affected zone and the heat affected zone is weakened with the increase of welding speed, leading to a narrowing of softening region and an increase in lowest hardness value. Tensile strength firstly increases with the welding speed but dramatically decreases at the welding speed of 200 mm/min owing to the occurrence of groove defect. During tensile test, the joint welded at a lower welding speed is fractured in the heat affected zone on the retreating side. While at higher welding speed, the defect-free joint is fractured in the thermal mechanically affected zone on the advancing side.