AA6061-T6与AZ31合金异种搅拌摩擦焊接头的微观组织

研究了AA6061-T6和AZ31合金异种搅拌摩擦焊接头的微观组织。在异种搅拌摩擦焊接AA6061-T6与AZ31合金时,采用偏置条件,即将搅拌针插入时偏向AZ31合金,从而得到异种对接接头。通过预备实验来优化搅拌针的前进速度、旋转速度。运用电子背散射衍射技术观察搅拌区的纹理,并得到粒径分布和错位角分布,在搅拌区存在相对精细的晶粒结构。在AA6061-T6搅拌区出现随机或弱面取向,而在AZ31搅拌区出现旋转底面取向。再结晶颗粒的平均尺寸只有2．5～4．5μm。与基础合金相比,在AA6061-T6搅拌区的大角度晶界的分数增大,而在AZ31搅拌区的小角度晶界的分数降低。     

异种铝合金搅拌摩擦焊工艺研究

以厚度为5 mm的铸造铝合金ZL114和变形铝合金6061为研究对象进行搅拌摩擦焊对接试验,设计正交试验研究了焊接参数对ZL114/6061异种铝合金搅拌摩擦焊接头形貌和力学性能的影响。结果表明,搅拌头转速对焊接接头强度影响最大,搅拌头行走速度次之,下压量影响最小。当搅拌头转速为1 200 r/min、行走速度为200 mm/s、下压量为0.1 mm时可获得较好焊接接头性能,接头平均抗拉强度为285 MPa,达到母材强度的89%以上,接头伸长率为9.17%,达到母材伸长率的54%以上;焊核区晶粒呈细小分布,热力影响区晶粒呈细长分布,硬度最低。焊接接头拉伸断裂形式呈现韧-脆混合断裂。     

温度峰值影响6061铝/AZ31B镁异种材料FSW接头成形的规律

以6061-T6铝合金与AZ31B镁合金为研究对象,基于Abaqus软件进行了异种材料搅拌摩擦焊过程的温度场数值模拟,重点分析搅拌针偏置镁侧下的搅拌区温度峰值影响焊缝表面成形的规律。结果表明,当焊接温度峰值高于Al-Mg共晶温度时,搅拌针根部附近区域会出现较明显的黏着现象,其随着焊接速度的降低而加剧,这与焊接温度峰值的升高相关。随着焊接速度的增加,焊缝表面更易避免裂纹缺陷的产生。当搅拌头的转速为1200r/min且焊接速度为40mm/min时,6061铝/AZ31B镁异种材料焊接接头的表面成形良好。     

材料性能对铝合金FSW接头组织与力学性能的影响

采用搅拌摩擦焊对4 mm厚的AA1060-Y2、AA6061-T4、AA5052-O及AA2024-T4铝合金板材进行了对接焊接试验,研究材料性能对铝合金搅拌摩擦焊接头组织性能的影响。结果表明,随着母材的抗拉强度及硬度升高,焊缝横截面焊核前进边高度H_a、返回边高度H_r及焊核宽度W越大,厚度方向上的"抽吸-挤压"效应增强。接头强度均可达母材80%以上,接头断裂均在返回边热力影响区和热影响区交界处,断裂形式以韧性断裂为主。     

非铁金属的焊接

7050-T7451铝合金的搅拌摩擦焊接试验分析 在不同焊接参数下进行了7050-T7451铝合金的搅拌摩擦焊试验,对接头显微组织进行了光学和TEM分析．并测试了接头的抗拉强度和硬度分布。焊接工艺参数通过影响接头微观组织和焊接缺陷来影响接头的力学性能,在转速800r／min和焊速200mm／min的情况下,接头的抗拉强度最高达到母材强度的88％。     

铝-铜异种材料对接搅拌摩擦焊温度场数值模拟

根据铝-铜异种材料对接搅拌头偏置搅拌摩擦焊接特点,利用ANSYS软件,模拟焊接过程中的瞬态变化温度场以及焊缝区域各点的热循环曲线. 通过对比分析了移动焊接稳定阶段焊缝横向、纵向及厚度方向各点的最高温度变化;对比不同焊接参数的变化对焊接温度变化的影响,确定主要影响因素为搅拌头转速. 通过试验采集特征点热循环曲线与模拟比较的结果吻合度良好,验证了热源模型与散热模型的准确性. 温度场模拟结果表明,异种材料偏置搅拌摩擦焊过程中温度最高值出现在焊缝中心偏铝合金侧位置.     

非铁金属的焊接

7050-T7451铝合金的搅拌摩擦焊接试验分析 在不同焊接参数下进行了7050-T7451铝合金的搅拌摩擦焊试验,对接头显微组织进行了光学和TEM分析．并测试了接头的抗拉强度和硬度分布。焊接工艺参数通过影响接头微观组织和焊接缺陷来影响接头的力学性能,在转速800r／min和焊速200mm／min的情况下,接头的抗拉强度最高达到母材强度的88％。     

基于Fluent的钢-铝异种金属搅拌摩擦焊数值模拟研究

建立Q235钢和6061铝合金异种金属搅拌摩擦焊的流体力学模型,基于Fluent仿真研究了不同工艺参数对钢-铝焊接的温度场、压力场、搅拌头磨损的影响规律及作用机制。结果表明:轴肩和搅拌针底面温度较高,靠近中部区域温度逐渐降低,最高温度分布在钢接触区,并随搅拌头转速的提高而增大,随焊速的提高而减小;搅拌头的高压区均分布在搅拌头旋转的前进侧,压力沿针长呈非均匀分布,最大压力位于钢接触区,压力值随焊速的提高而增大,随转速的提高而减小;受钢件挤压的影响,搅拌头的磨损主要发生在搅拌针的端部和轴肩部位。     

铝/镁搅拌摩擦焊异质接头热-力场仿真研究

铝合金和镁合金在多材料结构中的混合应用可有效实现轻量化效果,以搅拌摩擦焊为代表的新型固相焊接技术在铝/镁异种合金连接中的应用是焊接领域的研究热点。文中基于扭矩热源模型,利用Abaqus软件分析了搅拌头转速对6061铝合金/AZ31镁合金搅拌摩擦焊搭接接头热-力场的影响。结果表明:受搅拌头产热和热传导散热的共同作用,接头表面和横截面温度场分别呈椭圆状和碗状,焊缝前进侧温度高于后退侧。接头残余应力主要由纵向应力和横向应力构成,轴肩边缘同时受热应力和机械应力的作用而具有应力峰值。此外,接头峰值温度和残余应力值均随搅拌头转速的提高表现出不同程度的增大。相关研究结果可为铝/镁异种合金搅拌摩擦焊工艺参数的设计与优化提供理论指导。     

附加超声对6061-T6铝合金/Q235钢搅拌摩擦焊搭接工艺优化

采用超声振动强化搅拌摩擦焊接工艺实现了6061-T6铝合金和Q235钢异种金属的有效连接,考察了超声能量对焊缝成形、接头组织、力学性能以及焊接载荷的影响.结果表明,施加超声能量可以显著改善焊缝表面成形,增加铝/钢界面区和焊核区的宽度.超声振动细化了焊核区和热力影响区的晶粒组织,改变了搭接接头的断裂机制和断裂位置,提高了...     

6061-T5铝合金水平补偿搅拌摩擦焊接头力学性能研究

采用水平补偿搅拌摩擦焊技术对4 mm厚6061-T5铝合金板进行焊接,设计了水平补偿搅拌摩擦焊对接接头结构,测试焊接接头的强度、延伸率和硬度,分析接头的断裂形式。结果表明,对于4 mm厚的6061-T5铝合金,在搅拌头旋转速度为1 500 r/min、搅拌头轴肩压入量为0.2 mm、补偿凸台高为0.3 mm的条件下,焊速为400 mm/min时可获得抗拉强度为227 MPa且弯曲性能良好的接头。焊接接头断口存在明显的分层,有韧性撕裂的痕迹。接头硬度大致呈"W"型分布,后退侧的硬度高于前进侧,显微硬度的最大值出现在接头后退侧。     

6061-T6铝合金与镀锌钢轻载搅拌摩擦焊搭接工艺研究

基于4种不同针长的搅拌头,采用超高转速搅拌摩擦焊工艺实现了6061-T6铝合金和镀锌钢板的搭接连接。结果表明:采用无针搅拌头时轴向力最大,仅为1.1 kN,远低于常规转速搅拌摩擦焊时产生的轴向力,随着针长的增加,需要的轴向力越来越低。当使用无针搅拌头时,在小下压量参数下得到了成形性能较好的焊接接头,而使用针长为0.3 mm的搅拌头时,得到了力学性能最佳的焊接接头,最大抗拉强度达到94.1 MPa,断裂位置为6061-T6母材前进侧,界面处生成了厚度均匀的金属间化合物,厚度达到5.2μm,金属间化合物的主要成分为Fe4Al13。该金属间化合物在接头连接中发挥主要作用。     

汽车用双相钢/铝合金异种材料电阻点焊过程数值模拟研究

基于SORPAS软件,对1.8 mm的DP590双相钢板和1.2 mm的6061-T6铝合金板材点焊过程进行了模拟,并将模拟熔核形貌与试验结果进行对比。结果表明,随着焊接过程的进行,工件与电极接触界面处温度迅速升高,而上下电极附近温度并没有迅速升高,接头在铝合金侧和双相钢侧形成双熔核;在整个焊接过程中,铝合金侧的应变明显比双相钢侧大,变形主要集中在熔核附近,熔核边缘应变大于心部;模拟的熔核直径为4.3 mm,实测值为4.6 mm,模拟结果与实测结果较为吻合,所建立的模型可以用于DP590钢及6061-T6铝合金板异种材料电阻点焊过程模拟。     

激光功率对钢/铝激光辅助搅拌摩擦焊接头的影响

在保证其他焊接参数不变的条件下,设置6种不同的激光功率分别对Q235钢板和6061-T6铝板进行了激光辅助搅拌摩擦对接焊,接着对焊完的6组试件分别做了拉伸实验,研究了激光功率对Q235钢/6061-T6铝合金焊接接头性能的影响。发现当激光功率为900 W时抗拉强度达到最高,当激光功率为600 W时抗拉强度为最低。利用扫描电镜以及EDS分别对激光功率为900 W和激光功率为600 W的试件做了微观组织观察和成分分析,讨论了金属间脆性化合物层的厚度和类别对接头抗拉强度的影响。最后对试件的金相组织进行了观察。结果表明:激光功率、金属间脆性化合物层的厚度以及种类对钢铝激光辅助搅拌摩擦焊的接头性能有显著的影响。在激光功率大小合适的情况下,会形成厚度较薄并且铁元素含量较高的铁铝金属间脆性化合物层,并且保证接头良好的焊接性能。     

6061-T4铝合金搅拌摩擦焊焊接热循环特性分析

搅拌摩擦焊(FSW)焊接热循环特性影响接头微观组织及综合性能。采用温度场实测试验与数值模拟相结合的方法获得了6061-T4铝合金FSW焊接热循环的主要参数指标。结合合金二元相图分析FSW接头组织,并通过时间-温度-硬度曲线(TTP曲线)探讨焊接热循环与接头性能的关系。结果表明:焊缝中心区域温度值最高,焊接对接板测点温度随离焊缝中心线距离的增加而降低,试验与计算数值有一定偏差,但两者分布趋势基本一致;通过焊接热循环和二元相图可以分析搅拌焊接头组织;TTP曲线研究表明,焊接热循环能直接反映焊接接头的硬度等性能。     

钢铝异种金属回填式搅拌摩擦点焊的数值模拟研究

本文提出一种模拟异种金属双层板搭接回填式搅拌摩擦点焊下扎过程的方法。以2 mm厚度的AA6061-T6铝合金板和AISI4340普通钢板为研究对象,建立完全热力耦合模型以及库伦摩擦和常应力摩擦混合的热源模型,利用DEFORM软件模拟焊接过程中的温度场、搅拌头受力情况和材料变形情况。结果表明:搅拌针与下板材接触时的下扎距离大于上板材厚度,焊接区域结合面温度分布均匀,板材结合面在搅拌针施加力的方向发生搅拌针底边缘部凹中心凸的变形,凹陷变形方向与温度扩散方向一致,结合面的变形是造成钩状缺陷的主要原因。     

铝-钢堆焊-搅拌摩擦复合焊接头特性分析

针对铝-钢异种金属焊接缺陷多、效率低等问题,提出一种堆焊-搅拌摩擦复合焊接方法,即采用旁路分流电弧焊先在钢板上堆敷铝合金,再采用搅拌摩擦焊进行铝合金堆敷层和铝合金母材的搭接焊,得到在铝-铝界面呈现典型搅拌摩擦焊“洋葱圆环”状结合的铝-铝-钢复合过渡接头. 针对典型焊缝进行铝-钢异种金属接头的组织结构分析.结果表明,搅拌摩擦焊可以有效消除铝合金堆敷层中存在的气孔等缺陷,并实现金属界面层的减薄. 对铝钢结合界面进行EDS扫描,在堆敷铝合金侧可以观察到呈树枝状的Fe相扩散和呈网状的不均匀Si相扩散,结合XRD(X-ray diffraction)分析其主要成分为Al₅Fe₂Zn_0.4和Al₇Fe₃Si_0.3. 对接头试样进行拉伸试验,拉伸接头断裂在铝合金母材处,达到铝合金母材强度的100%,符合接头应用的力学指标.     

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。     

铝/钢预置Cu镀层激光搭接焊接头组织及力学性能

为研究以预置Cu镀层为中间层的铝/钢异种金属的激光焊接行为,在6061铝合金与DP590双相钢2种母材表面电镀Cu层,对预置Cu镀层的6061铝合金与DP590双相钢进行了激光搭接焊。利用扫描电镜、能谱仪、拉伸试验及显微硬度试验对接头的显微组织及力学性能进行了研究。结果表明,0.5 mm等厚的6061铝合金/DP590双相钢的预置Cu镀层激光搭接焊的优化工艺参数为激光单脉冲能量为10 J,脉宽为6 ms,频率为15 Hz,Cu镀层厚度为60 μm,铝/钢搭接焊缝的抗拉强度为59.8 MPa。预置Cu镀层起到了阻隔作用,能够减弱铝/钢的直接扩散,有效抑制了Fe-Al硬脆性金属间化合物的形成,提高了焊缝的抗拉强度,降低了焊缝显微硬度。随着预置Cu镀层厚度的增加,铝/钢焊缝的熔合界面变得更为光滑。 创新点： 采用脉冲激光焊对预置Cu镀层的6061铝合金和DP590双相钢进行搭接焊,预置Cu镀层能够控制合金元素对铝/钢焊缝质量的影响,有效提高铝/钢搭接焊缝的力学性能。     

7075铝合金搅拌摩擦焊研究

使用搅拌摩擦焊对8mm厚的7075-T7351铝合金进行了单道平板对接。结果表明,在工艺参数为搅拌头旋转速度为1180r/min、焊接速度为37.5mm/min时,可获得较好的接头,抗拉强度达到390MPa,是母材强度的78%;7075-T7351铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织为典型的搅拌摩擦焊接头组织,焊核区为细小的等轴晶,晶粒大小为6~7μm,母材组织中的强化相在此区域消失;接头显微硬度值分布趋势沿焊缝中心两侧基本对称,热机影响区-热影响区过渡区及焊核区硬度低于母材,是焊件的薄弱环节。