6063铝合金搅拌摩擦接头力学性能及组织分析

采用搅拌摩擦焊对6063铝合金进行了对接焊试验,借助光学显微镜、扫描电镜、万能拉伸机对焊接接头的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明:当旋转速度为880 r/min,焊接速度在60~105 mm/min范围变化,其他参数一定时,均能获得成型美观、性能良好的对接接头;当焊接速度为80 mm/min时,接头的抗拉强度最高,为212.7MPa,达到母材强度的74.9%;焊缝的整体断裂形式为以韧性断裂为主的韧/脆混合型断裂。     

工艺参数对Ti/Zn/Al异种金属搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

以3 mm厚2A14铝合金和TC4钛合金为对接材料,0.05 mm厚Zn薄片为中间层材料进行搅拌摩擦焊对接。研究了不同焊接参数对钛/铝异种金属搅拌摩擦焊对接接头宏观形貌、微观组织、力学性能的影响。结果表明:当焊接速度为75 mm/min,旋转速度为375~950 r/min,偏移量2.5 mm时,均可获得表面成形良好的焊接接头。但随着旋转速度的增加,焊缝表面粗糙度先减小后增大,而对接接头抗拉强度逐渐降低;当旋转速度为600 r/min,焊接速度从60mm/min增大到95 mm/min时,焊缝的飞边逐渐减少。当旋转速度为375 r/min,焊接速度为75 mm/min,偏移量2.5 mm时,抗拉强度达到最大值237.3 MPa,达铝合金母材抗拉强度的56.7%。     

焊接工艺参数对10 mm厚2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊焊缝质量和性能的影响

以国内新一代运载火箭某模块共底贮箱中最厚的10 mm 2219C10S铝合金对接焊缝为对象,研究了焊接工艺参数对10 mm厚2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊焊缝质量和性能的影响。结果表明,从焊缝表面成形可以看出,搅拌头转速的选择对焊缝质量具有重要影响,当搅拌头转速n≥250 r/min时,焊缝表面均出现不同程度金属擦伤缺陷,而当搅拌头转速n=200 r/min时,较大焊接速度范围内均可得到表面成形良好的焊缝。通过焊缝组织形貌分析,当n≥250 r/min时,接头焊核区存在“焊核凸出”现象;当n=200 r/min时,焊核呈现典型的“哑铃形”,与焊缝表面成形规律一致。不同条件下接头显微硬度呈典型的W形分布,但随着焊接速度的增大,接头显微硬度平均水平逐渐升高。接头力学性能试验表明,接头抗拉强度均在310 MPa以上,断后伸长率稳定在7.0%～7.5%范围内,接头断口呈典型的韧性断裂。 创新点： 研究了10 mm厚2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊工艺;确定了对接头质量和性能具有较大影响的工艺参数;得到了可获得良好接头性能的工艺参数范围,为后续该技术的工程化应用奠定基础。     

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。     

焊接参数对5A06铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

采用搅拌摩擦焊工艺对10 mm厚的5A06铝合金板进行焊接,研究了搅拌头转速(150～400 r/min)、焊接速度(50～200 mm/min)对接头显微组织、拉伸性能和硬度的影响。结果表明:在试验参数范围内焊接均可获得无宏观缺陷且成形良好的搅拌摩擦焊接头;接头焊核区晶粒细小、组织均匀,热机影响区晶粒相比焊核区的粗大,当搅拌头转速为400 r/min、焊接速度为50 mm/min时,接头焊核区和热机影响区的组织明显粗大;当焊接热输入特征值,即焊接速度与搅拌头转速的比值在0.3～0.5 mm/r时,焊接接头的拉伸性能与母材相当,其抗拉强度最高可达381 MPa,断后伸长率可达25.4%;接头焊核区硬度最高,热影响区硬度最低,当搅拌头转速为250 r/min、焊接速度为100 mm/min时,焊核区硬度较高。     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能研究

利用搅拌摩擦焊方法对7075铝合金板进行焊接,探讨了焊接速度和搅拌头旋转速度等焊接工艺参数对焊缝成形及接头力学性能的影响,并对焊接接头的显微组织进行了分析.结果表明:采用搅拌摩擦焊焊接7075铝合金时,焊接接头具有较好抗拉性能.当旋转速度为750r/min、焊接速度为95 mm/min时,焊接接头的强度最高,达到母材抗拉强度(487 MPa)的97.4％,并且其伸长率也较高(为3.1％);当旋转速度为950 r/min、焊接速度为150 mm/min时焊接接头的伸长率最好,为4.7％.总体上看,焊接接头的伸长率和母材相比较低.     

84 mm厚6082铝合金型材搅拌摩擦焊双面焊工艺研究

采用搅拌摩擦焊双面焊工艺,对84 mm大厚板6082-T4铝合金型材对接接头进行了焊接,获得表面成形美观、光亮、无隧道孔和未熔合缺陷的焊接接头。应用光学显微镜、显微硬度仪及电子拉伸试验机等对搅拌摩擦焊接头组织与性能进行研究。试验结果表明,在焊接旋转速度为400 r/min,焊接速度为150 mm/min的工艺参数条件下,接头的抗拉强度达到217 MPa;接头断裂位置开始于焊缝前进侧热影响区与热力影响区的结合处;接头显微硬度最低值出现在双面焊重合区,为HV54。     

喷射成形7055铝合金FSW焊工艺与性能

采用搅拌摩擦焊接方法对厚度为4 mm的喷射成形7055铝合金板进行焊接试验.分析了焊接速度和旋转频率对接头力学性能的影响,对焊缝的显微组织和断口进行了微观分析.结果表明,当焊接工艺参数选择合适时,可得到外形美观,无缺陷的焊缝.另外焊接接头力学性能与焊接工艺参数存在一定的关系,在旋转频率为1 000r/min,且焊接速度为100 mm/min时,可以获得较好的焊接性能,抗拉强度可以达到455MP,断裂形式为韧性和脆性的混合型断裂;焊缝中存在3个组织变化区,其中焊核区内是细小均匀的等轴晶;焊缝显微硬度的最低值出现在前进侧,说明前进侧是焊缝的薄弱环节.     

T2紫铜搅拌摩擦焊工艺

对5 mm厚T2紫铜开展了搅拌摩擦焊工艺的研究,分析了焊接工艺参数对焊缝表面成形、接头宏观形貌、显微组织及力学性能的影响。结果表明,在较宽的焊接工艺参数范围内均可得到无内部缺陷的接头。接头宏观形貌由焊核区、热机影响区、热影响区和母材组成。随着搅拌头旋转速度的增加或焊接速度的降低,碗形的接头的宏观形貌轮廓逐渐模糊,焊核区的晶粒逐渐粗化,接头的抗拉强度逐渐降低。当焊接工艺参数为400 r/min,200mm/min时,接头的抗拉强度最高,达到母材的95. 9%,S线对接头拉伸性能无影响。热影响区的显微硬度值最低,与接头的断裂位置一致。     

工艺参数影响2060铝锂合金搅拌摩擦焊接头的成形规律

以在航空领域有广泛应用前景的2 mm厚2060-T8 Al-Li合金为研究对象,进行了搅拌摩擦焊对接接头的试验分析,重点研究焊接工艺参数影响焊接接头成形的规律.研究结果表明,呈碗形的焊缝由轴肩作用区与焊核区组成;轴肩作用区的等轴晶的晶粒大于焊核区.当搅拌头的转速为800 r/min且焊接速度为80 mm/min时,焊接接头的表面成形良好且内部无缺陷.与800 r/min,80 mm/min相比,提高旋转频率或降低焊接速度,焊缝表面变得较粗糙;降低旋转频率或提高焊接速度,焊缝内部会出现隧道型缺陷.     

不锈钢薄板大间隙接头激光-MIG电弧复合高速焊接工艺

采用填充ER316焊丝的光纤激光-MIG电弧复合焊方法,焊接间隙为0.5 mm、厚度为1 mm的SUS444铁素体不锈钢薄板对接接头和搭接接头,研究了获得成形良好的对接接头和搭接接头的工艺参数窗口和极限焊接速度,并对焊缝进行了着色渗透检验和拉伸试验. 结果表明,合理匹配焊接速度和焊接电流,是获得成形良好的大间隙接头的关键;当焊接速度过小或焊接电流过大时,较大的热输入导致焊缝过度熔透,焊缝成形不良;当焊接速度过大或焊接电流过小时,较小的热输入导致焊缝未熔透. 对接接头焊缝成形质量良好且熔透的极限焊接速度可达12 m/min,而搭接接头的极限焊接速度为5 m/min. 成形良好的焊缝均未发现表面裂纹. 拉伸试验表明,对接接头断裂在母材上;搭接接头绝大部分断裂在熔合线附近,极限焊接速度下获得的搭接接头的抗拉强度是母材的84.2%.     

建筑用C-Mn钢激光-电弧复合焊接接头的组织与力学性能研究

采用三种不同焊接速度对8 mm厚的800 MPa级建筑用C-Mn钢板进行激光-电弧复合对接焊试验,研究了焊接速度对焊接接头的成形、显微组织、显微硬度和冲击性能的影响,并对冲击断口形貌进行了观察。结果表明,三种不同焊接速度下的焊接接头成形较好,没有出现焊接飞溅、焊渣等;随着焊接速度的增加,焊接接头上下表面的宽度都呈现逐渐减小的趋势;当焊接速度为120、90 cm/min时,焊缝区上部、中部和下部的显微组织都为板条马氏体,而焊接速度为60 cm/min时,焊缝上部组织为板条马氏体+少量贝氏体,中部为粒状贝氏体,下部为先共析铁素体和针状铁素体;不同焊接速度下焊接接头热影响区和焊缝区的冲击功都要高于母材,焊接速度为120、60 cm/min时的冲击断口表现为准解理断裂特征,而焊接速度为90 cm/min时的冲击断口表现为韧性断裂特征。     

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。     

纯铝纯铁搅拌摩擦焊接头的组织与力学性能

选用3 mm厚冷轧态高纯铝板和退火态高纯铁板作为焊接母材,使用300/400/500/600 r/min-100 mm/min和300 r/min-80/60 mm/min焊接参数进行铝/铁异种金属搅拌摩擦焊对接焊试验。对焊接接头进行显微硬度和拉伸性能测试,通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电子背散射衍射(EBSD)等对接头组织进行表征。焊缝宏观形貌观察发现,焊缝的正面和背面有孔洞,正面出现毛刺。随着转速焊速比增加,孔洞消失毛刺增加。拉伸试验结果显示,共出现3种失效模式,分别为在300 r/min-100 mm/min参数下孔洞缺陷处断裂,300 r/min-80/60 mm/min参数下Al/Fe界面断裂和400/500/600 r/min-100 mm/min处Al侧基体断裂,3种模式下的最大焊接效率分别为40.1%、41.0%和60.4%,其中Al侧基体断裂模式的焊接效率最高。出现在焊核区的孔洞降低了接头强度,导致了缺陷断裂;在300 r/min低转速下,界面未达到有效的冶金结合,界面强度低于Al基体强度,导致Al/Fe界面断裂。硬度试验结果显示,铝侧硬度呈现先下降后上升...     

搅拌头转速对7B04铝合金搅拌摩擦焊焊缝成形和组织性能的影响

采用搅拌摩擦焊对7B04铝合金进行焊接,研究了搅拌头旋转速度对焊缝成形和微观组织、接头抗拉强度的影响规律.结果表明,当焊接速度为95 mm/min,搅拌头转速较低时焊缝表面均比较光滑,转速较高时焊缝表面均较为粗糙、存在较多的颗粒,当转速为750和950r/min时能获得良好的焊缝成形.转速为750r/min时焊接接头的强度较高、达到母材抗拉强度的97.4％,当转速高于750r/min时,其强度降低,当转速为950r/min时焊缝根部有明显的原始对接界面迁移形成的黑线,导致其接头强度只有母材的51％.     

厚板铝合金搅拌摩擦焊接接头分层力学性能研究

采用搅拌摩擦焊方法对18 mm厚LF21铝合金进行对接焊,利用光学显微镜、精密拉伸仪等分析测试手段,研究了焊接工艺参数对焊缝成形及焊接接头分层力学性能的影响。结果表明,在所选工艺参数范围内,焊缝表面成形良好,无裂纹、孔洞,接头抗拉强度基本保持不变;接头分层抗拉强度比整体抗拉强度小约10 MPa。当旋转速度为195及235 r/min时,层与层之间的强度变化不大;而当旋转速度为300 r/min时,层与层之间的强度出现较大波动,接头底部以及轴肩以下5 mm位置处的强度下降。适当降低搅拌头的旋转速度有利于塑性金属的充分流动。     

紫铜厚板的搅拌摩擦焊接

采用搅拌摩擦焊接方法对厚度为25mm的T2紫铜厚板进行了单道对接焊试验,并对焊缝的微观组织、力学性能、导电特性及焊缝能谱进行了分析.结果表明,用搅拌摩擦焊方法焊接25mm厚的T2紫铜板,可得到成形美观、内部无缺陷的平板对接接头.在旋转速度为960r/min、焊接速度为70mm/min时,搅拌摩擦焊的焊接接头的抗拉强度可达到186.6MPa,搅拌摩擦焊接头的电阻率与母材基本相当.     

7B04-O铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能研究

对3 mm厚的7B04-O高强铝合金进行搅拌摩擦焊对接焊接,研究焊接速度、旋转速度对焊缝成形质量的影响,对焊接接头的力学性能和显微组织进行了分析。结果表明:当旋转速度为750 r/min,焊接速度为150~235 mm/min,可获得表面纹理均匀细腻、无变形无飞边、无缺陷的对接接头;焊接接头力学性能优良,抗拉强度达到198 MPa,断后伸长率达到13.2%,拉伸试样断裂在距接头较远的母材位置。焊接接头微观组织分为焊核区、热机影响区、热影响区和母材区。其中,焊核区形成均匀细小的等轴晶粒,热机影响区晶粒沿变形方向被大幅拉长,但晶粒变形没有焊核区剧烈,热影响区形貌与母材保持一致,晶粒仅发生了粗化。     

根部未焊合对AZ31B镁合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

针对厚4.3 mm的AZ31B镁合金短针设计搅拌摩擦焊接,研究工艺参数对根部未焊合率的影响,并通过接头组织与拉伸断口形貌分析,分析了根部未焊合对接头抗拉强度的影响。结果表明:焊接速度一定时,当搅拌头旋转速度超过临界值950 r/min时,随着转速的增加,接头根部未焊合率降低。当旋转速度一定时,焊接速度对接头未焊合率几乎无影响。所有拉伸试样均在根部未焊合界面处起裂并发生断裂,而焊合区断口呈现典型的韧脆混合断裂特征。此外,接头抗拉强度随着根部未焊合率的降低而升高,当旋转速度为1 180 r/min、焊接速度120 mm/min时,接头的抗拉强度达到最大值188 MPa,为母材强度的76.4%。     

搅拌摩擦焊工艺参数对6061铝合金抗拉强度的影响

采用搅拌摩擦焊技术实现了4 mm厚AA6061-T4铝合金板材的对接,研究了焊接速度和搅拌头旋转速度对焊缝成形、显微组织及接头拉伸强度的影响。结果表明:AA6061在较宽范围的焊接速度和旋转速度下可获得良好的成形且无明显的缺陷;焊核区细小的等轴晶是接头强度较高的主要原因,接头抗拉强度随着焊接速度和旋转速度的增大呈先增大后减小的趋势,当焊接速度为180 mm/min、旋转速度为1200 r/min时可得到接头强度为母材的95%;断口处存在局部的Mg2Si团聚。