搅拌头停留时间对2524铝合金FSSW焊接头组织与性能的影响

对2524铝合金薄板进行直插式搭接FSSW(搅拌摩擦点焊)试验,探究搅拌头停留时间对接头的成型、组织状态与力学性能的影响。结果表明:随着搅拌头停留时间增加,焊核区宽度显著增大;接头显微硬度从焊核区到母材区逐渐降低;焊核区硬度随停留时间增加逐渐减小。在剪切拉伸试验中,接头最大剪切载荷随停留时间的增加先增大后减小,在16 s时达到最大值4246N。接头存在三种断裂模式:在4 s时平行于搭接面断裂;在8 s～12 s时剪切断裂;在16 s～20 s时剪切断裂并撕裂焊点上表面。接头断口存在大量韧窝,韧窝底部有细小弥散分布的第二相粒子,部分区域存在解理面,接头为韧-脆混合型断裂。     

ZK60镁合金自持式搅拌摩擦焊工艺

采用直径为16 mm且表面刻有逆时针旋转的螺旋槽的轴肩,直径为6 mm的圆柱形光面搅拌针且沿长度方向加工三个对称平台的自持式搅拌摩擦焊搅拌头,成功进行了3 mm厚ZK60镁合金薄板自持式搅拌摩擦焊,研究了焊接参数对接头表面成形、缺陷的形成及力学性能的影响。研究结果表明,搅拌头旋转速度为600r/min不变,焊接速度较低时,接头上、下表面产生沟槽缺陷,增大焊接速度获得表面无缺陷的接头,过分增加焊接速度,在前进侧和后退侧分别形成线状缺陷和孔洞缺陷,接头的力学性能随焊接速度的增大线增大后减小;采用焊接速度为400 mm/min不变,采用较低的搅拌头旋转速度时,接头表面鱼鳞纹均匀、成形美观、接头表面和内部均无缺陷,旋转速度过分增大,鱼鳞纹粗糙,在前进侧和后退侧接头内部分别产生线状缺陷和孔洞缺陷,接头力学性能随搅拌头旋转速度增大而减小。接头最大的抗拉强度为270 MPa,断后伸长率为8. 92%,接头强度系数达到87%。     

铝锂合金机器人搅拌摩擦焊接头组织和性能

为降低焊接压力以适应机器人搅拌摩擦焊接的需求,采用小尺寸轴肩,在较低焊接载荷下进行搅拌摩擦焊接试验. 以单位面积焊缝热输入相同为控制原则,研究了搅拌头轴肩尺寸对2 mm厚2060-T8铝锂合金搅拌摩擦焊接过程压力、焊缝成形、接头微观组织及力学性能的影响. 结果表明,随着搅拌头轴肩尺寸的减小,所需焊接压力呈非线性下降,且稳定焊接过程中载荷振幅值降低. 当轴肩尺寸为4 mm时,焊缝表面形成较大飞边,且接头内部产生孔洞缺陷,当轴肩尺寸大于6 mm时,能获得表面成形良好且内部无缺陷的接头. 当轴肩尺寸为6 mm时,焊接压力为2 800 N,焊核区平均晶粒尺寸为0.52 μm,接头抗拉强度达到最大为396 MPa,为母材的74.1%,显微硬度呈“U”形分布,断裂位置为焊核区,断裂方式为韧—脆混合型断裂.     

焊接速度对厚板5083铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

对厚度12 mm的5083铝合金板材进行搅拌摩擦焊对接试验,在旋转速度为600 r/min的条件下,对比研究焊接速度为100 mm/min和300 mm/min时的对接接头的宏观形貌及微观组织、力学性能、断裂形式的差异。结果表明,当焊速为100 mm/min时,洋葱环间距较小,焊接接头内无明显缺陷,力学性能接近母材,能获得质量较高的焊接接头,断裂位置发生在热影响区,模式为韧性断裂;当焊速为300 mm/min时,洋葱环间距较大,接头根部出现未焊合缺陷,严重降低接头力学性能,断裂位置发生在焊核区,断裂模式为韧-脆性混合断裂。     

焊接速度对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头组织和力学性能的影响

采用不同的焊接速度对5 mm厚6082-T6铝合金板材进行搅拌摩擦焊接,考察焊接速度对接头宏观形貌、微观组织和力学性能的影响。结果表明,固定旋转速度为1200 r/min,焊接速度为40~200 mm/min时可获得无缺陷的接头,焊接速度提高到400 mm/min时在接头前进侧形成孔洞缺陷。焊核区发生了动态再结晶,形成细小的等轴晶粒。随着焊接速度的增大,焊核区平均晶粒尺寸减小,当焊接速度为200 mm/min时,焊核区平均晶粒尺寸为3.8μm。抗拉强度随着焊接速度的增大先增大后减小,当焊接速度为200 mm/min时,接头的抗拉强度达到最大值236 MPa,为母材的74.0%,断后伸长率为6.3%,断裂发生在后退侧热影响区,断裂机制为韧-脆混合型断裂。     

异种钢电阻塞焊工艺优化及接头性能分析

采用一种新型复合焊接工艺——电阻塞焊对1.5 mm等厚TRIP980高强钢/SPCC低碳钢板进行焊接,利用正交试验优化其焊接参数,随后增加焊前预热,分析对比无预热和焊前预热两种条件下较优焊接参数时接头的力学性能及组织、硬度特点.结果表明,各焊接参数对接头的拉剪载荷影响程度由大到小依次为焊接电流、填充物直径、焊接时间及电极力;在电极头端面直径为8 mm的条件下,填充物直径为5.5 mm时的接头力学性能优于其它直径;相同焊接参数时,焊前预热塞焊接头的拉剪载荷比无预热提高7%以上;两种条件下较优焊接参数时,焊前预热塞焊接头的熔核偏移量小于无预热,熔核和熔合区的硬度比无预热时有所下降,熔合区脆硬马氏体组织比无预热少;焊前预热塞焊接头断口为韧性断裂,无预热塞焊接头断口为脆性断裂;其主要机理是,预热减小了熔核区金属过热倾向,使熔核扩展均匀,熔合区脆硬组织减少,有利于接头强度的提高.     

焊接速度对6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

文中研究了转速和热输入特征值WP一定两种条件下焊接速度对6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头力学性能的影响. 结果表明,转速一定时,接头抗拉强度随焊接速度的增加呈先增大后减小的趋势;热输入特征值WP一定时,随着焊接速度的增加,接头的抗拉强度持续减小;接头呈现出三种断裂方式,分别为发生于热影响区的Ⅰ型断裂、发生于焊核区的Ⅱ型断裂和发生于热力影响区的Ⅲ型断裂;Ⅰ型断裂和Ⅱ型断裂为韧性断裂;Ⅲ型断裂为包含韧性断裂和脆性断裂的混合型断裂;接头拉伸断裂位置并非总出现在硬度最低处;焊接速度小于1 000 mm/min时,WP ≤ 1有利于提高接头力学性能,而焊接速度大于1 000 mm/min时,WP > 1更有利于提高接头力学性能.     

根部螺纹搅拌针对搭接接头钩状缺陷和性能的影响

选用3 mm厚的7075–T6铝合金为研究对象,研究了根部带有螺纹的搅拌针对搅拌摩擦焊搭接接头钩状缺陷及拉剪载荷的影响. 结果表明,搅拌针上的螺纹可明显改变焊接过程中的材料流动;塑性材料在搭接面上部集中,挤压搭接界面,焊后搭接接头的钩状缺陷向下弯曲;搭接面处焊核区的宽度较搅拌针的直径明显增大. 因搅拌针端部无螺纹,焊接速度较大时接头底部会由于材料无法及时填充而产生孔洞缺陷. 随着搅拌头焊接速度的升高,搭接接头的拉剪载荷先上升后下降,最高载荷在焊接速度为40 mm/min时取得,为23.333 kN.     

LY12铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能研究

研究了搅拌头旋转速度n与焊接速度v之比即n/v比值大小对LY12铝合金搅拌摩擦焊接头组织和力学性能的影响。结果表明,n/v比值较小时,焊接线能量较小,接头存在孔洞缺陷,严重降低了接头力学性能;随着n/v比值逐渐增大,孔洞缺陷尺寸逐渐减小;当n/v比值为5时,焊接线能量适当,接头无缺陷,焊核区为细小均匀的等轴晶,因此接头强度最高,达427MPa;当n/v比值继续增大,焊核区晶粒组织也随之粗化,接头强度逐渐降低。     

铝合金2024-M搅拌摩擦焊接头性能

通过轴向拉伸试验,研究了搅拌针旋转速度对铝合金2024-M接头力学性能的影响.结果表明,轴向拉伸断裂部位随搅拌针转速的变化而变化,高转速下接头组织中有大量块体颗粒被保留下来,降低了接头强度,断裂发生在焊核区;低转速下因轴肩与焊接材料间摩擦机制作用在接头成形中的比例减小,层间结合力减弱,接头断裂面呈现层状结构,焊核区又成为断裂的敏感部位;当焊接速度为20 mm/min时,搅拌针转速存在一个理想的焊接参数范畴,在这个焊接参数范畴内焊接的试样断裂通常发生在母材区,断裂面与拉伸轴成45°,属典型的剪切断裂.     

常规FSW与双轴肩FSW对铝合金接头组织和性能的影响

对采用常规FSW和双轴肩FSW所得到焊接接头性能进行试验研究,测试了两种焊接得到的焊接接头的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率,并对接头的微观组织和断口形貌进行了观察和分析.结果表明,双轴肩FSW接头横截面形成了一组由内向外扩张“洋葱环”状的椭圆环;常规FSW焊核区与热力影响区之间组织发生明显变化;硬度的最低处为双轴肩FSW前进侧热力影响区,最高处为双轴肩FSW接头上表面焊核区;常规搅拌摩擦焊接头的综合力学性能最好,双轴肩次之;断口形貌分析表明,接头断裂模式均为韧性断裂,且常规FSW断口韧窝尺寸比双轴肩FSW接头韧窝小而深,表现出更好的塑性.     

Experimental Research on Fatigue Failure for 2219-T6 Aluminum Alloy Friction Stir-Welded Joints

The fatigue experiment was executed for the 2219-T6 aluminum alloy friction stir-welded joints at the rotation speed of 800 r/min and the welding velocity of 150 mm/min. Most fatigue failures occurred in the weld nugget zone (WNZ), the thermo-mechanical affected zone and the nearby areas. The experimental results demonstrated that the sudden hardness gradient increases sites corresponding to the fatigue failure locations. The high-angle grain boundaries with the highest concentration were scattered within the WNZ. The microcracks initiated at the intersection of the soft grains. More than one crack initiation site was observed within the WNZ and the thermo-mechanical affected zone, when the fracture occurred in these areas. The rough surface of the welding area should be one of the main reasons for the fatigue failure occurrence. The fatigue crack growth rate in the WNZ at the first stage was fastest in comparison with the fatigue crack growth rate in the other areas of the joint.     

Fracture toughness and fatigue crack behaviour of A3003/SUS304 lap friction stir welded joints

Friction stir welding (FSW) can weld dissimilar metal joints without a thick and brittle intermetallic compound layer at the weld interface. In this study, the dissimilar lap joint of A3003 aluminium alloy and SUS304 stainless steel was successfully welded by FSW, and the joint obtained was tested to examine the properties of fracture toughness and fatigue crack growth rate. Its fracture toughness was different by the directions of crack propagation. The fracture toughness of advancing side (AS) to retreating side (RS) was stronger than that of RS to AS, and that of cryogenic temperature was stronger than that of room temperature. Its fatigue crack growth rate also showed the same tendency as its fracture toughness. These data were compared with the past data and discussed.     

2195/2219异种材料搅拌摩擦焊接头的组织与性能

对2195-T8与2219-T6薄板进行了搅拌摩擦焊接(FSW)试验。在恒定转速(TRS)的条件下,研究了接头性能与焊接走速(TS)和不同前进侧材料之间的关系。结果表明,在研究采用的参数范围内提高焊接走速有助于增强接头的力学性能;将2195置于前进侧的接头性能要优于2219作为前进侧,而无论何种材料为前进侧,断裂始终发生在2219一侧的焊核边界;纵向拉伸的结果显示,焊核的力学性能强于2219一侧焊核边界材料。同时结合焊缝组织演化,对接头力学性能的演化规律做出了分析。     

带状组织对铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

采用搅拌摩擦焊(FSW)对厚度为4 mm的6061铝合金与AZ31B镁合金进行不同工艺的平板对接试验. 采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及能谱仪(EDS)对接头进行微观组织观察,采用电子万能试验机对接头力学性能进行测试. 结果表明,在接头焊核区(WNZ)中存在着明显的带状组织,带状组织是由插入镁基体中的铝合金条以及弥散分布在条带上的金属间化合物(IMCs)组成;IMCs主要为Al₁₂Mg₁₇和Al₃Mg₂;铝/镁异种金属FSW接头裂纹形核和扩展均发生在带状组织内;焊接工艺影响带状组织形态和IMCs尺寸及数量;随着转速(n)的增加或焊接速度(v)的降低,带状组织呈弯曲状,长度相对较短且呈不连续分布;当转速(n)过高或焊接速度(v)过低时,带状组织变细,但IMCs数量增多且尺寸变大;铝/镁异种金属FSW接头强度主要取决于带状组织形态和IMCs尺寸及数量.     

Microstructural characteristics and mechanical properties of Al–Mg–Si alloy self-reacting friction stir welded joints

The 5?mm thick Al–Mg–Si alloy was self-reacting friction stir welded using the specially designed tool at a constant rotation speed of 400?rev?min^?1 with various welding speeds. Defect-free welds were successfully obtained with welding speeds ranging from 150 to 350?mm?min^?1, while pore defects were formed in the weld nugget zone (WNZ) at a welding speed of 450?mm?min^?1. Band patterns were observed at the advancing side of WNZ. Grain size and distribution of the precipitated phase in different regions of the joints varied depending on the welding speed. The hardness of the weld was obviously lower than that of the base metal, and the lowest hardness location was in the heat affected zone (HAZ). Results of transverse tensile tests indicated that the defective joint fractured in the WNZ with the lowest tensile strength, while the fracture location of the defect-free joints changed to the HAZ.     

氧化物弥散强化材料的搅拌摩擦焊分析

为了探索搅拌摩擦焊技术应用于氧化物弥散强化材料的可焊接性及其基本特点,文中对厚度为4 mm的氧化物弥散强化铜合金进行了焊接试验,并对焊接接头的宏观形貌、微观组织、显微维氏硬度进行了分析. 发现焊接接头横截面由搅拌区、热力影响区、热影响区和母材区4部分组成. 前进侧热影响区与热力影响区形成明显的分界线,后退侧则相对模糊. 搅拌区的组织为细小的等轴晶粒,出现了洋葱环和L线,热力影响区晶粒沿一定方向发生形变,热影响区组织粗化. 沿焊缝横截面的显微维氏硬度呈V形分布,其中搅拌区硬度值最低.     

搅拌摩擦焊和熔化极气体保护焊6082铝合金疲劳性能分析

对10 mm厚6082-T6铝合金进行搅拌摩擦焊(FSW)和熔化极气体保护焊(MIG焊)焊接,利用疲劳性能试验机、光学显微镜、扫描电子显微镜等手段对6082铝合金FSW和MIG焊接头的疲劳力学性能、微观组织、裂纹扩展特征、疲劳断口进行了分析. 结果表明,在疲劳寿命为2×106周次时,6082铝合金母材及其FSW和MIG焊接头的名义应力分别为126.3,110.2,84.2 MPa;在高应力水平下(Δσ=160 MPa),FSW接头疲劳寿命明显大于MIG焊接头、与母材的疲劳寿命相当. MIG焊疲劳断口均位于焊趾处,焊缝内的气孔缺陷为其主要裂纹源;FSW疲劳断口大多发生在轴肩边缘. 接头的微观断口具有准解理特征,断口中存在疲劳条纹和韧窝.     

2219-O铝合金的搅拌摩擦焊接

对2219-O铝合金进行了搅拌摩擦焊接,采用光学显微镜分析了接头的微观组织,采用拉伸试验方法评价了接头的力学性能.微观分析表明,在热机循环的共同作用下,焊核区(WNZ)发生了动态再结晶,形成了细小的等轴晶粒,并且沉淀相的数量较其它各区有所增加;热机影响区(TMAZ)晶粒被拉长、弯曲,发生了动态回复和部分再结晶,晶粒内部开始有新的晶粒生成;热影响区(HAZ)的晶粒发生粗化.力学性能测试结果表明,当转速为800r/min,焊接速度为200～400 mm/min时,接头与母材等强度,断裂发生在母材区;当焊接速度大于400mm/min时,接头的抗拉强度很低,断裂发生在缺陷处.     

7050铝合金搅拌摩擦焊接头超高周疲劳性能

采用超高周疲劳试验系统研究7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头的超高周疲劳性能. 试验结果表明,焊接接头在107周次以上仍然会发生疲劳失效,S-N曲线在108周次左右出现转折点,呈折线型下降;通过SEM对超高周疲劳断口形貌进行观察发现,当应力范围较高时,试件的疲劳裂纹往往在表面萌生,随着应力范围的降低,裂纹有亚表面和内部萌生的倾向;裂纹萌生位置取决于表面起裂和内部起裂相互竞争的结果;试件的断裂位置多为焊接接头的热力影响区和热影响区,EBSD和接头硬度的分析结果表明断裂位置与接头组织不均匀密切相关.