转速对6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的影响

目的 研究不同转速条件下6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的变化规律,为工程实践应用提供参考。方法 在不同旋转速度(800、1 200、1 500 r/min)下对4 mm厚的6061铝合金进行搅拌摩擦搭接焊实验,固定进给速度和轴肩下压量,研究搅拌头转速对接头宏观组织、微观组织和力学性能的影响。结果 所有接头均没有出现明显缺陷,当转速为1 500 r/min时,搅拌区晶粒尺寸细化明显,最大失效载荷达到母材的75%,上板和下板的硬度曲线都呈“W”形;当转速为800 r/min和1 200 r/min时,下板硬度曲线呈“V”形。随着转速的增大,有效搭接宽度逐渐增大,接头的平均拉剪强度也在增大,所有接头都在前进侧断裂,断裂形式均为拉伸断裂。结论 转速的提升增加了焊接热输入量和机械搅拌作用,促进了有效搭接宽度的增大和晶粒尺寸的细化,但未能改变钩状缺陷的形成及延伸方向。当转速为1 500 r/min时,热输入量较大,搅拌区范围相对较大,下板存在更大面积的搅拌区,其硬度规律与上板的相似。所有接头均为拉伸断裂,断裂位置在热影响区附近,说明搭接接头连接良好。     

7075铝合金高速搅拌摩擦焊材料流动行为及性能研究

目的 针对7075–O铝合金高焊速、高转速搅拌摩擦焊接缺陷多、质量差等问题,研究焊接接头材料流动对焊缝性能的影响。方法 选用焊接速度1 000 mm/min,搅拌转速分别为1 000、1 200、1 600、1 700 r/min的条件对7075–O铝合金板进行搅拌摩擦焊接,分析不同焊接工艺参数下焊接接头的显微组织及力学性能。同时,利用Fluent软件模拟7075–O铝合金搅拌摩擦焊接过程中的材料流动场分布,分析焊接材料流动与缺陷形成的关系。结果 利用7075–O铝合金三维流动模型,预测出高焊速条件下焊缝前进侧形成一个低压区,孔洞等缺陷易出现在此区域,数值模拟预测与试验结果吻合。在高焊接速度1 000 mm/min、焊接转速1 200 r/min时,焊缝表面光滑平整,焊核区域的硬度分布更加均匀。结论 随着搅拌转速从1 000 r/min增大到1 700 r/min,热输入量逐渐增大,孔洞缺陷由隧道型孔洞转变为不连续的小孔。同时,随着搅拌转速的增大,焊缝高硬度区域的宽度先增大而后降低。当搅拌转速为1 200 r/min时得到了优质的焊接接头,焊缝焊核区硬度分布均匀,硬度值最高为176HV。     

镀锌钢板与6061铝合金搭接搅拌摩擦钎焊

目的 分析Q235镀锌钢与6061铝合金搅拌摩擦钎焊接头在不同旋转速度下的组织性能。方法 使用0.3 mm的Zn作为中间层,通过搅拌摩擦钎焊,焊接6061铝合金与Q235镀锌钢,观察测试其接头组织和力学性能。结果 转速从660 r/min增加到1750 r/min时,随着进入到6061铝合金近缝区Zn元素的增加,铝合金搅拌区孔洞变小。界面Zn过渡层变薄。在适中的转速下,界面结合良好。接头最大平均拉剪力先增加后降低,界面显微硬度升高,硬度梯度增加。结论 搅拌头在1320 r/min转速下,测得搅拌摩擦钎焊接头平均拉剪力为2.33 kN。     

薄板铝铜搭接搅拌摩擦焊工艺

目的研究铝铜异种材料的搅拌摩擦焊搭接工艺,揭示搭接接头界面行为演变的基本规律。方法对1mm的6061铝合金与1 mm的紫铜薄板进行搅拌摩擦焊搭接焊接,测试焊缝的力学性能,对焊缝组织进行分析。结果焊缝表面成形良好,焊缝内部无缺陷。接头的最高拉伸强度达到1447 N,观察拉伸接头断口形貌,发现断裂均发生在上层铝合金的热影响区。结论接头连接界面区域生成钩状"自锁紧"结构,这种钩状"自锁紧"结构增加了铝铜之间的有效接触面积,有利于提高焊缝连接强度。     

镁合金高转速搅拌摩擦焊工艺研究

目的 研究镁合金高转速搅拌摩擦焊工艺及其对组织与性能的影响规律。方法 采用光学显微镜观察以及拉伸性能测试等方法,探索了1.5 mm厚AZ31B镁合金高转速搅拌摩擦焊接工艺,对其接头组织与力学性能进行了测试分析。结果 采用6000 r/min转速时,随着焊速从600 mm/min降低至100 mm/min,焊接接头隧道型孔洞缺陷消失;采用600 mm/min焊速时,2000~4000 r/min转速范围内可获得无缺陷的接头。拉伸测试结果表明,6000 r/min-100 mm/min焊接工艺下接头的拉伸性能最优,抗拉强度为235.33 MPa,为母材强度的87.92%。结论 镁合金采用高转速搅拌摩擦工艺可获得无缺陷的焊接接头,且采用高转速匹配低焊速的工艺可使接头的拉伸性能得到提升。     

铝合金薄板高转速FSLW焊接界面形成及迁移行为

目的 研究0.8 mm厚2024铝合金薄板在高转速搅拌摩擦搭接（FSLW）时对其焊接界面的影响规律。方法 通过采用铜粉作为标记材料,探究了高转速FSLW接头的微观组织、焊接界面形成及迁移的特征,揭示了高转速FSLW接头中转速对焊接界面迁移的影响规律。结果 焊接界面是由于原始界面上距焊缝中心线约轴肩半径距离的两侧金属因受到的热循环和机械力不足,难以形成原子间的结合,之后伴随塑性金属的流动,原始界面上距焊缝中心线约轴肩半径距离的两侧金属流向焊缝当中,进而形成未熔合界面。焊接界面的迁移是由于焊缝塑性金属发生了摩擦和挤压,进而引起了焊接界面的向上或向下迁移。结论 铝合金薄板高转速FSLW时,焊接界面在前进侧向上迁移,在后退侧向下迁移。随着转速增加,焊接界面迁移的垂直距离（沿板厚方向）逐渐减小。     

铝合金超声辅助搅拌摩擦焊接接头组织性能研究

目的探究超声振动对铝合金搅拌摩擦焊的作用效果。方法分别采用普通搅拌摩擦焊和超声辅助搅拌摩擦焊方法,对7075铝合金进行焊接试验,并对焊接接头的微观组织、力学性能、断口形貌进行分析。结果普通搅拌摩擦焊焊缝中生成了隧道型缺陷,施加超声振动后,缺陷消失,形成了无缺陷的良好接头,且与普通搅拌摩擦焊相比,超声辅助搅拌摩擦焊焊缝热影响区晶粒长大程度较小,焊核晶粒细化。接头强度明显提高,达到铝合金母材强度的71.5%,接头断裂模式为韧窝和准解理的混合断裂形式。结论超声振动促进了塑性金属的流动,能有效抑制孔洞、隧道型缺陷等的形成,同时超声振动能在提升金属塑性的同时,降低焊缝的热输入。     

7050铝合金回填式搅拌摩擦点焊组织与性能研究

目的 研究2.5 mm厚的7050-T74511铝合金回填式搅拌摩擦点焊工艺参数,焊点组织与力学性能之间的关系。方法 通过显微组织观察和断口扫描,分析接头形貌特征和缺陷对断裂模式的影响。通过拉伸剪切测试,分析工艺参数与力学性能之间的关系。采用三因素三水平BBD响应面法进行工艺优化,建立拉剪失效载荷与工艺参数之间的二阶响应模型并求得最优工艺。结果 工艺优化的最佳参数为扎入深度2.7 mm,焊具转速为1500 r/min,焊接时间为8 s,在此参数下接头拉剪失效载荷为8.294 kN。当焊接工艺参数选择恰当时,可得到无缺陷接头。结论 焊接工艺窗口较窄;在高热输入条件下（扎入深度3.1 mm,转速2100 r/min）易产生孔洞、弱连接等缺陷,且这些缺陷主要分布在搅拌区与热力影响区界面上;在低热输入条件下（扎入深度2.7 mm,转速1500 r/min）,接头拉剪载荷较高,这与焊点在低热输入情况下组织缺陷较少有关。     

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。     

搅拌头转速对YL113压铸铝合金FSW接头组织性能的影响

对4 mm厚的压铸态YL113铝合金进行了搅拌摩擦焊工艺试验研究,采用OM、SEM/EDS、XRD、万能拉伸试验机等分析研究了搅拌头转速对接头的微观组织和力学性能的影响。结果表明,当焊接速度为40 mm/min时,搅拌头转速在700~1 500 r/min范围内均可获得成形良好、无外观缺陷的焊缝,焊缝截面呈倒梯形,前进侧有明显分界线,而后退侧分界线模糊。热影响区保持铸态的枝晶形貌,但晶粒有一定程度的长大。热机影响区组织呈带状并遗传了母材组织的孔洞缺陷,其中前进侧的孔洞呈纤维状,其数量和尺寸随搅拌头转速增加而增加;后退侧除转速700 r/min时出现类裂纹状缺陷外,其余转速均有大尺寸孔洞缺陷出现,且数量和尺寸随搅拌头转速增加而增加。焊核区为典型变形组织,Si和其他第二相均呈细小颗粒状弥散分布。随搅拌头转速增加,焊接接头抗拉强度和伸长率均呈先增后减的规律,搅拌头转速为900 r/min时,抗拉强度和伸长率均达到最大值。     

水下搅拌摩擦焊对铝/铜接头组织与性能的影响

目的 采用搅拌摩擦焊,对比分析大气环境和水下环境下铝/铜接头的组织与性能,以期获得力学性能更优异的铝/铜焊接接头。方法 利用搅拌摩擦焊,在焊接速度为40 mm/min、旋转速度为1 000 r/min的条件下,分别在大气环境和水下环境下对厚度为9 mm的6061铝合金板和T2纯铜板进行焊接。然后,对铝/铜界面、焊核区进行扫描电镜及能谱分析,并对铝/铜界面及焊核区进行物相分析,确定产物相组成。最后,对铝/铜试样进行拉伸及硬度检测。结果 铝/铜接头均无裂纹、气孔等缺陷。铜颗粒弥散分布在焊核区,铝/铜界面形成金属间化合物层。水下搅拌摩擦焊下界面元素扩散距离明显变短,且金属间化合物厚度更薄。铝/铜接头的金属间化合物为AlCu和Al4Cu9。大气环境焊接下接头的抗拉强度为130.6 MPa,断裂方式为脆性断裂;水下焊接下接头的抗拉强度为199.5 MPa,断裂方式为韧性断裂。水下环境下的接头硬度值更高,其中热影响区的硬度最低值约为65HV。结论 水下搅拌摩擦焊铝/铜接头无裂纹、气孔等缺陷。组织上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头界面元素扩散距离更短,硬脆的金属间化合物更少;性能上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头强度更高,抗拉强度达到199.5 MPa,达到母材的74.4%。     

Defect features and mechanical properties of friction stir lap welded dissimilar AA2024–AA7075 aluminum alloy sheets

5 mm-Thick dissimilar AA2024-T3 and AA7075-T6 aluminum alloy sheets were friction stir lap welded in two joint combinations, i.e., (top) 2024/7075 (bottom) and 7075/2024. The influences of process conditions (welding speed and joint combination) on defects (hook and voids) features and mechanical properties of joints were investigated in detail. It was found that the hook deflects largely upwards into the stir zone (SZ) at lower welding speeds (50, 150 mm/min) in both combinations. The process conditions significantly affect the hook geometry which in return affects the lap shear strength. In all 2024/7075 joints, voids appear and the joints fracture from the tip of hook on AS along the SZ/TMAZ (thermomechanically affected zone) interface in lap shear test (tensile fracture mode). In 7075/2024 joints, the hook on RS horizontally extends a large distance into the bottom stir zone at higher welding speeds (225, 300 mm/min). The joints fracture in three modes: shear fracture along the lap interfaces, tensile fracture and the mix fracture of both. In both joint combinations, the lap shear strength generally increases with the increase of welding speed. 7075/2024 Joints show higher failure load than 2024/7075 joints at lower welding speeds while the opposite result appears at higher welding speeds.     

Effect of tool rotational speed and probe length on lap joint quality of a friction stir welded magnesium alloy

The effects of tool rotational speed and probe length on lap joint quality of friction stir welded 2-mm AZ31B-H24 magnesium alloy were investigated in terms of welding defects, microstructure and mechanical properties. Tensile shear load initially increases with increasing tool rotational speed but decreases with further increase. However, the tensile shear load always increases with increasing probe length. The highest shear strength is obtained using a set of welding parameters resulting in a downward hooking defect at the maximum stress location of the top sheet. Sound lap joints with low distortion, lack of cavity, minor kissing bond and preferable hooking defects, and high tensile shear strength were successfully obtained, indicating the great potential of friction stir welding technique for magnesium alloys.     

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.     

6061铝合金无倾角搅拌摩擦焊工艺及性能

目的 为了适应空间曲面构件的搅拌摩擦焊,开展6061铝合金无倾角搅拌摩擦焊工艺及性能的研究。方法 采用无倾角搅拌摩擦焊用的搅拌头,对5 mm厚6061-T6铝合金板材进行试验,研究焊缝成形及接头力学性能,并分析接头组织特征。结果 零倾角搅拌摩擦焊接头从组织上可区分为5个不同区域：焊核区(WNZ)、热力影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)、轴肩影响区(SAZ)和母材(BM);随着搅拌头转速增加,焊缝宽度和焊核尺寸均先变大后变小;随焊接速度增加,焊缝宽度和焊核尺寸均逐渐变小;当焊接速度固定时,随搅拌头转速增加,接头拉伸强度先增加后减小;当搅拌头转速固定时,随焊接速度增加,接头拉伸强度逐渐增大。结论 采用无倾角搅拌摩擦焊接方法,能够实现对5 mm厚6061-T6铝合金板材的有效焊接。     

工艺参数对AA2524回填式搅拌摩擦点焊接头成形及力学性能的影响

目的 改善2 mm厚AA2524回填式搅拌摩擦点焊（RFSSW）接头的成形和力学性能。方法 采用不同扎入深度和不同转速进行焊接,焊后对接头的孔洞大小、套筒退出线上的裂纹长度和拉剪强度进行对比,获得扎入深度和转速对接头成形和拉剪强度的影响规律。结果 扎入深度为2.6 mm时,接头孔洞较小,断裂载荷较高。随着转速的增加,接头孔洞逐渐减小,套筒退出线的裂纹减少,拉剪强度逐渐升高。扎入深度2.6 mm,焊接时间6 s,转速为2600 r/min时,获得了无孔洞和无退出线裂纹的接头,断裂载荷最大,为9.4 kN。结论 合适的扎深和转速匹配,可以获得成形良好,高断裂载荷的接头。