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.     

界面互锁复合Zn层对厚板铝/镁FSW界面组织及力学性能的影响

对于铝/镁搅拌摩擦焊(FSW)接头，当母材厚度过大时，容易沿界面形成较厚的脆硬金属间化合物(IMCs)，导致接头成形极其困难。本研究创新地采用界面互锁复合Zn层，研究了厚板铝/镁FSW接头界面IMCs演变和接头性能变化规律，为后续实现铝/镁FSW接头的高强度连接提供了理论及实践依据。结果表明，斜对接接头镁侧界面上部生成了平均厚度为69.7μm的低熔点共晶层(Mg+Al₁₂Mg₁₇)，中部和下部生成了平均厚度为42.7和21.2μm的IMCs，该IMCs层由Al₁₂Mg_{1 7}和Al₃Mg₂组成。相比于斜对接接头，当采用界面互锁复合Zn层时，界面局部位置生成了Al-Mg-Zn相(Al₅Mg₁₁Zn₄)和Mg-Zn相(Mg Zn₂、Mg₂Zn₃)替代了原有的Al-Mg IMCs，最小IMCs厚度仅为3.9μm。拉伸结果表明，接头抗拉...     

镁/铝层状复合板材搅拌摩擦焊焊接行为

采用搅拌摩擦焊(FSW)方法对爆炸焊方法制备的镁/铝层状复合板进行焊接，对不同焊接速度条件下焊接接头的微观组织、物相以及力学性能进行分析。结果表明：镁/铝层状复合板的搅拌摩擦焊焊接接头界面连接效果良好，热机械影响区和热影响区界线不明显，搅拌区内镁、铝交替分布呈条带状，在搅拌区、热机械影响区和热影响区形成了Al₃Mg₂和Mg₁₇Al₁₂金属间化合物，焊接缺陷主要为界面处金属没有及时填充形成的隧道孔洞；焊接接头横截面硬度呈“W”形分布，搅拌区的硬度从铝侧→界面→镁侧逐渐降低；FSW焊接接头的抗拉强度最大可达94.5 MPa，伸长率为6.7%，断裂机理为金属间化合物的脆性断裂和金属基体镁/铝的韧性断裂。     

焊接参数对7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能的影响

使用搅拌摩擦焊(FSW)设备,采用不同搅拌针转速和焊速对厚6 mm的7075高强铝合金平板进行对接试验,并对不同焊接工艺下的接头进行微观组织观察和力学性能测试。研究结果表明:7075铝合金FSW接头由焊核区(WNZ)、热机影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)及母材区(BMZ)组成;随着搅拌针转速的增大,接头中焊核区的晶粒越大;随着焊速的增大,接头中焊核区晶粒越细小;不同工艺参数下的FSW接头显微硬度分布曲线都呈W形。随着转速的提高和焊速的减小,接头显微硬度升高,但波动范围较小;随着转速和焊速的提高,接头抗拉强度先降低后提高;转速为400 r/min,焊速为120 mm/min时,接头抗拉强度最高,为417 MPa,是厚6 mm的7075铝合金FSW最佳的工艺参数。     

静轴肩辅助铝镁搅拌摩擦搭接接头的组织与性能

文中将静止轴肩技术应用到铝镁异种合金的搅拌摩擦搭接过程中,并分析了焊接速度对接头成形和力学性能的影响.结果表明,静止轴肩能够增强上下板之间的材料交换,焊后搅拌区呈较大的洋葱环形貌,其内部分布大量的金属间化合物;搭接面处发生良好的冶金结合.由于生成金属间化合物,洋葱环区域的显微硬度值明显高于接头其它区域.X射线衍射结果表明,金属间化合物的主要成分是Al₃Mg₂和Al₁₂Mg₁₇.接头的抗拉强度随着焊接速度的增加呈先上升后下降的趋势,最大值在焊接速度为40 mm/min时取得.     

镍中间层对304/5052激光-MIG复合焊接头组织与力学性能的影响

采用激光-MIG复合焊对304不锈钢/5052铝合金进行深熔搭接焊,研究不同熔深条件下镍中间层对截面形貌、界面层微观组织和力学性能的影响。结果表明,在低熔深条件下,添加镍中间层会恶化304/5052接头,使304/5052无法形成有效连接;在中熔深和高熔深条件下,添加镍中间层,可以有效抑制Fe-Al金属间化合物(IMCs)的生成,降低界面层IMCs的厚度。Ni可以替代IMCs的部分Fe,形成Al_3Ni,降低IMCs的脆性和硬度。与不添加镍中间层的304/5052接头对比,添加镍中间层后,低熔深的接头抗拉力变低,中熔深的接头抗拉力提高但效果不明显,高熔深的接头抗拉力明显提高。     

Mg/Al脉冲加压扩散连接接头显微组织及力学性能

采用脉冲加压扩散连接工艺,实现了AZ31镁合金与5083铝合金的连接.借助扫描电镜、EDS、X射线衍射仪和显微硬度计等手段对接头的显微组织及力学性能进行了研究.结果表明,接头有镁合金基体、冶金反应层、扩散层和铝合金基体组成.焊缝中形成了Mg₂Al₃,AlMg和Al_0.56Mg_0.44金属间化合物.接头最高硬度值达3300 MPa.随着保温扩散时间的延长,接头的抗拉强度出现了先升高后降低的现象,最高接头强度达46 MPa,在断口中发现了部分韧窝,断口属于韧性和准解理混合断口.在镁合金和铝合金两侧,硬度变化区域出现不对称现象.     

N06200镍基合金与S32168不锈钢界面金属间化合物的生长行为

研究了N06200镍基合金与S32168不锈钢TIG焊接接头经焊后热处理后界面金属间化合物(Intermetallic Compounds,IMCs)的演变过程,并从热力学和动力学的角度分析界面IMCs的生成种类、先后顺序及生长动力学模型.结果表明,随着热处理温度的升高,接头的抗拉强度呈现先升高后降低的趋势;随着保温时间的增加,接头的抗拉强度随之增加.随着热处理温度的升高和保温时间的延长,界面IMCs的厚度增加.镍基合金与不锈钢界面IMCs主要由NiFe相、Ni₂Cr相、FeCr相和Ni₃Fe相组成,形成IMCs的顺序为NiFe→FeCr→Ni₂Cr→Ni₃Fe.界面IMCs的增长符合抛物线规律,经线性回归方法计算得出界面IMCs的生长动力学模型为W=1.725×10^-13·e⁽[-45.98/(RT)]·t^1/2).     

6N01铝合金FSW接头微观组织及力学性能研究

采用搅拌摩擦焊(FSW)对厚度为4 mm的6N01铝合金进行不同工艺的平板对接试验。使用光学显微镜(OM)、显微硬度仪及微控电子万能试验机对接头微观组织、显微硬度及力学性能进行表征。结果表明,6N01铝合金FSW接头由焊核区(WNZ)、热机影响区(TMAZ)及热影响区(HAZ)组成;WNZ组织为细小的等轴晶;TMAZ组织发生较大程度的变形;AS(前进侧)TMAZ与WNZ分界线明显,而RS (后退侧)TMAZ相对较为模糊;HAZ仅受热循环作用,组织比母材稍有粗化;WNZ显微硬度可达65 HV,AS TMAZ的显微硬度低于RS TMAZ,硬度最小值位于AS TMAZ;焊接速度为400 mm/min,转速为1200 r/min时,接头的抗拉强度达到最大值169.50 MPa。拉伸试样起裂部位在AS TMAZ与HAZ的过渡处,然后向WNZ扩展。断裂形式为韧性断裂。     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头变形行为及等效模型

利用有限元软件ABAQUS对厚度为6 mm的7075铝合金搅拌摩擦焊(FSW)平板对接接头进行拉伸模拟,通过对不同热输入条件下接头中三轴应力度(σm/σe)的计算,研究了热输入对7075铝合金FSW接头变形的影响规律。在此基础上,建立了7075铝合金FSW接头有限元等效模型。研究结果表明,不同热输入条件下的接头中的三轴应力度突变均发生在TMAZ与HAZ交界处和HAZ与BM交界处;随着热输入增大,三向应力度的最大值升高,最小值减小,7075铝合金FSW接头的屈服强度和抗拉强度均先增大后减小。转速为800 r/min,焊速为300 mm/min,即热输入为2.67 r/mm时是厚度为6 mm的7075铝合金FSW平板对接的最佳焊接工艺参数,此时接头的屈服强度和抗拉强度达到最大值;7075铝合金FSW接头等效模型可以代替精细模型用于后续整车有限元模拟。     

AZ31Mg/2A12Al爆炸复合板界面组织与性能

镁合金板上复合铝合金板对拓宽镁合金的使用范围具有重要意义. 采用爆炸焊接进行了镁合金板和铝合金板工艺试验,并制成镁合金和铝合金复合板. 使用光学显微镜、扫描电子显微镜观察焊后复合板结合界面处的微观形貌,分析了界面形成过程. 使用显微硬度计和剪切试验机测量了复合板结合界面处的硬度和抗剪强度. 结果表明,经爆炸焊接后,复合板界面熔化区发生了冶金结合,对应的组织为Al₃Mg₂和Al₁₂Mg₁₇金属间化合物的混合物. 熔化区域硬度为126 HV, 较基板硬度有明显升高(铝合金110 HV,镁合金70 HV). 结合界面处同一取样方向上,试件抗剪强度存在差异:x轴方向取样的剪切件强度呈现出先增加后减小的变化趋势,其平均值分别为112.3 MPa (垂直爆炸方向),87.0 MPa (平行爆炸方向);y轴方向取样的各剪切件强度基本相当,平均值分别为56.5 MPa (垂直爆炸方向),62.0 MPa (平行爆炸方向).     

基于Ti中间层的AZ31镁合金/6061铝合金电阻点焊研究

通过添加钛箔中间层,研究了镁/铝合金异种金属电阻搭接接头的微观组织与力学性能。研究结果表明,添加0.2mm厚度钛箔中间层可以大幅提高镁/铝异种金属电阻点焊接头的结合强度,接头的最大拉剪力随焊接电流的增大先增大后减小;当焊接电流为14kA时,最大拉剪力达到最大为2.2kN。铝钛界面处有TiAl₃生成,接头断裂在镁侧热影响区上,经过换算接头的剪切强度能够达到156MPa。通过SEM和EDS分析,添加钛中间层阻断了镁合金和铝合金的相互扩散,钛中间层阻碍了Mg-Al金属间化合物的生成,从而大大提高接头的结合强度。     

Ni/Si中间层对铝/钢激光焊接头组织与性能的影响

研究了以Ni箔以及预置Si粉的Ni箔为中间层的铝/钢异种金属激光焊行为. 系统考察了不同激光功率下预置Si粉的Ni箔中间层对铝/钢异种金属激光焊接头组织与性能的影响. 结果表明，加入预置Si粉的Ni箔做复合中间层时，与只添加Ni箔片做中间层时相比，焊接接头的最大剪切力明显提高，其中激光功率为2 150 W时焊接接头的最大剪切力提高至1 307.96 N；Si粉的添加增加了熔池的流动性，并使得铝/钢界面的物相组成、元素分布和微观组织形态发生了改变；焊缝区生成了Fe-Si及Al-Si二元新相，有效抑制了Fe-Al二元脆性相的生成，改善了铝/钢的焊接性. 因此，预置Si粉的Ni箔复合中间层的加入，可以有效地改善铝/钢异种金属激光焊过程中的冶金反应，进而提高焊接接头的力学性能.     

镁/钢填镍夹层激光-电弧复合对接熔化焊特性

利用激光-电弧(TIG)复合热源的能量密度梯度分布特征,通过添加镍箔夹层,开展了AZ31B镁合金与Q235钢对接熔化焊研究.采用电子万能拉伸试验机、扫描电镜、X射线衍射仪等手段分析了焊接接头的组织特征以及力学性能.结果表明,采用该方法能够实现镁/钢异质金属对接焊接成形,界面结合良好,接头钢侧形成了由Fe,Ni,Al元素构成的明显过渡区,焊缝主要由α-Mg和大量弥散分布的白色AlNi相颗粒组成.焊接接头断裂在钢侧界面附近,断口形貌呈现准解理断裂特征,接头平均抗拉强度为232 MPa,可达镁合金母材的90%.     

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.     

Ar-Ar变动送气条件下5A03铝合金TIG焊焊缝组织和性能

5A03铝合金在传统TIG焊接过程中,焊缝易存在强度低、晶粒粗大的问题. 为了改善5A03铝合金焊缝性能,在传统TIG焊接方法的基础上,改变保护气的送给方式,针对板厚为2.5 mm的5A03铝合金板进行对接焊接试验. 焊后分别对焊缝进行拉伸试验、断口形貌分析、偏振光电子显微镜和扫描电镜的观察及电化学分析. 结果表明,与传统焊获得的焊缝相比,1 Hz变动送气TIG焊所获得的焊缝抗拉强度提高了18.5 MPa,提升强度约为传统焊缝强度的10%,两种焊缝的断裂形式均为塑性断裂. 对比焊缝晶粒尺寸发现,1 Hz变动送气条件下获得的焊缝晶粒更加细小,并且β相Al₈Mg₅在铝基体上呈现弥散形态分布;电化学结果分析表明,变动送气TIG焊焊缝自腐蚀电流密度增大,容抗弧半径减小,自腐蚀电位负移0.04 V,传统焊焊缝的耐蚀性较好.     

Improving Joint Morphologies and Tensile Strength of Al/Mg Dissimilar Alloys Friction Stir Lap Welding by Changing Zn Interlayer Thickness

The pure Zn foils with different thicknesses(0.02, 0.05, 0.1, 0.2 and 0.3 mm) were selected as interlayers to improve the quality of friction stir lap welding joint of 7075-T6 Al and AZ31 B Mg dissimilar alloys. The effects of the interlayer thickness on joint formation, microstructure and tensile strength were analyzed. The results displayed that the maximum length of the boundary between stir zone(SZ) and thermo-mechanically affected zone in lower plate was obtained by the addition of the Zn interlayer with 0.05 mm thickness. The Mg–Zn intermetallic compounds(IMCs) were discontinuously distributed in the SZ, replacing the continuous Al–Mg IMCs. The size of Mg–Zn IMCs increased with the increase in the thickness of the Zn interlayer. The maximum tensile shear strength of 276 N mm-1 was obtained by the addition of 0.05 mm Zn foil, which increased by 45.6% of that of the joint without the Zn foil addition.     

AZ91D镁合金激光熔覆Al-Si涂层微观组织及热力学分析

以Al-Si共晶成分合金粉末为熔覆材料在AZ91D镁合金表面进行了激光熔覆试验.采用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪分析了涂层的微观组织,并利用Thermo-Calc软件分析了涂层的相组成、相成分及结晶转变过程.结果表明,涂层微观组织分为两层,上半层为Al₁₂Mg₁₇基体上均匀分布着Mg₂Si树枝晶和细小的Al₃Mg₂针状相,其结晶过程为液相→液相+Mg₂Si→Mg₂Si+Al₁₂Mg₁₇→Mg₂Si+Al₁₂Mg₁₇+Al₃Mg₂;下半层由Mg₂Si颗粒、α-Mg树枝晶和(α-Mg+Al₁₂Mg₁₇)共晶组织组成,其结晶过程为液相→液相+Mg₂Si→液相+Mg₂Si+α-Mg→Mg₂Si+α-Mg+(α-Mg+ Al₁₂Mg₁₇)共晶组织.研究结果对AZ91D合金表面激光熔覆Al-Si合金涂层微观组织及其转变过程分析具有指导意义.     

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.