5A06铝合金搅拌摩擦焊工艺

对5A06铝合金进行搅拌摩擦焊(FSW),使用光学显微镜观察焊接接头不同区域的微观组织;用维氏硬度计测试焊接接头的硬度分布情况。结果表明：焊接接头受搅拌针的搅拌及轴肩产热作用表现出不同的流动和组织特征,可将其划分为4个区域,从两侧的基体到焊缝中心分别是母材区(BM)、热影响区(HAZ)、热机影响区(TMAZ)和焊核区(NZ);母材区的组织经过轧制处理呈现出拉长、粗大的现象;热影响区处晶粒受焊接热循环影响,晶粒尺寸与母材处相比有所长大,晶界也明显粗化;热机影响区组织的晶粒受机械搅拌的程度不同,由远及近呈现出由大到小的分布;焊核区的组织为细小的等轴晶,且焊缝底部的晶粒比顶部的晶粒细小;在前进侧,热机影响区与焊核区的分界线清晰,过渡区域狭窄;而在后退侧,热机影响区与焊核区的分界模糊,金属塑性流动性较差,过渡区域较宽;焊缝硬度沿横截面呈n形分布,前进侧硬度比后退侧高。     

搅拌摩擦焊工艺参数对5052铝合金接头组织和力学性能的影响

研究了搅拌摩擦焊工艺参数对6 mm厚的5052铝合金板材接头组织和力学性能的影响.在150 mm/min的焊接速度下,旋转速度在600～1 500 r/min的范围内,均得到了高质量的焊缝.焊接接头由热影响区、热机影响区和搅拌区组成.在搅拌区产生了细小的等轴晶组织,最小晶粒尺寸为6.3 μm.搅拌头的旋转速度越高,搅拌区的晶粒尺寸越大.硬度曲线呈"W"形,焊缝中心硬度与母材相当,在距焊缝中心大约3 mm的位置硬度最小值为52 HV左右.在旋转速度为600 r/min与焊接速度为150 mm/min焊接参数下得到的接头强度为236.2 MPa,断后伸长率为22.4%,分别达到母材的92.9%和96.1%.     

7A52铝合金搅拌摩擦焊焊缝的组织分析

通过对7A52铝合金进行大量的搅拌摩擦焊接试验,对焊缝的宏观组织、微观组织及显微硬度进行分析.焊缝可分为热影响区、热机影响区和焊核等三个区域.其中,焊核为明显的再结晶等轴晶粒,晶粒明显细化;热机影响区出现了晶粒粗化现象,由母材的细纤维组织变形为具有一定弧度的弯曲粗纤维组织;热影响区的晶粒与母材相似,但出现了晶粒粗化现象.沿焊缝横截面的显微硬度的分布呈高-低-高-低-高的趋势,其中焊缝顶部的硬度达到了母材的硬度,硬度最低处位于前进侧的热影响区区域.     

搅拌摩擦焊中动态再结晶及硬度分布的数值模拟

使用率相关弹粘塑性本构模型模拟了搅拌摩擦焊接过程,并着重研究了过程参数对搅拌摩擦焊接动态再结晶过程以及搅拌区内材料硬度的影响．结果表明,在搅拌区内焊接构件上、下表面沿垂直于焊缝方向的硬度分布规律不同．焊接构件顶部材料的硬度分布符合实验得到的结果,即焊缝中心线附近材料硬度较低,热力影响区外材料硬度逐渐升高并最终达到母材的硬度;但是在焊接构件下表面并不显示这一硬度分布规律．搅拌区内材料的硬度与搅拌头转速无明显关系,但随焊速的增加而增加．焊接构件中部材料的晶粒尺寸大于焊接构件底部材料的晶粒尺寸,且搅拌区内晶粒尺寸随搅拌头转速的增加趋于均匀．     

BFe10-1-1白铜FSW接头组织和力学性能研究

采用搅拌摩擦焊对4 mm厚的BFe10-1-1铜合金进行焊接,研究了焊接参数对接头组织和力学性能的影响规律。结果发现:在机械力和焊接热循环的作用下焊缝金属达到塑性状态,形成3个不同的区域:焊核区,热机影响区,热影响区。随着旋转速度的增加,接头的强度呈现出先升高后降低的趋势,最高可达母材的93.8%,断口均具有韧性断裂的特征。接头横截面中显微硬度大致呈W型分布,焊核区硬度最高,热影响区的硬度最低。不同区域的低温冲击试验表明,在-20～-100℃之间,搅拌摩擦焊接头各区域冲击韧性变化很小,焊核区冲击韧性最高,热机影响区的冲击韧性最小,表明BFe10-1-1搅拌摩擦焊接头具有良好的低温冲击性能。     

汽车用2219铝合金搅拌摩擦焊组织性能研究及仿真分析

采用搅拌摩擦焊对6 mm厚汽车用2219铝合金进行焊接,研究了其焊接接头的组织与性能,并对其焊接过程进行了数值模拟。结果表明,焊核区的晶粒形态为细密微小的等轴晶,热机影响区的晶粒发生了较大的弯曲和变形,热影响区的微观组织粗大;T1沉淀相在热机影响区和热影响区内发生溶解并粗化,热机影响区的位错结构比焊核区和热影响区较为密集;焊接接头的硬度呈"W"形分布,焊核区和热机影响区的整体硬度范围在51~66 HV,热机影响区与热影响区的过渡区域的硬度值最低,为51 HV;纵向残余应力的分布是明显的双峰特征,在靠近焊缝中心线的附近主要表现为拉应力,最大值在热影响区的边缘,为147 MPa。     

5mm厚6063铝合金搅拌摩擦对焊焊缝组织分析

通过6063铝合全的搅拌摩擦焊试验,分析了其焊缝横截面组织的宏观形貌和金相图,并对焊缝进行横向拉伸性能试验.试验表明:带梯形螺纹的圆锥形搅拌针及凹端面搅拌头,能有效增加焊缝塑化材料的流动性,易于形成内部无缺陷的焊缝;焊缝横向组织可分为母材区、热影响区、热机影响区、焊核(动态再结晶区)等4个区域;焊核区塑性变形剧烈,组织为动态再结晶的细小等轴晶;热机影响区为回复晶粒组织,以大弯曲变形结构为特征;热影响区仅发生组织晶粒粗化现象,晶粒与母材相似,没有发生明显的塑性变形;各区之间的分界面明显,尤其是前进侧的焊核区与热机影响区的分界面,该分界面易于出现空洞和沟槽缺陷;焊接质量取决于诸多焊接工艺参数,可以通过工艺参数优化试验来找到最佳焊接参数匹配区间.     

铝锌镁钪锆合金搅拌摩擦焊接头组织与性能

通过对铝锌镁钪锆合金热轧板进行搅拌摩擦焊接试验,对合金焊接接头的力学性能和焊接接头各个区域的微观组织进行了分析.结果表明,沿焊接接头焊缝横截面的显微硬度呈W形分布,硬度最高处位于焊核区,硬度最低处位于距焊缝中心12mm的热影响区,焊接接头焊接系数达到0.90;焊核区大小为1～2μm的再结晶等轴晶粒,基材中的析出相被破碎和部分溶解为细小的圆颗粒;热机影响区的晶粒发生了强烈的弯曲变形,晶内析出相由片状转变为短棒状;热影响区的晶粒发生了明显长大,析出相也明显粗化;焊接接头拉伸断口都发生在热影响区内.     

2219-T87铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊方法对8mm厚2219-T87铝合金进行了焊接.对接头的宏观形貌、微观组织、显微硬度及断口形貌进行了分析.结果表明,焊核区为细小的等轴晶粒,晶粒尺寸远小于母材;热机影响区发生了弯曲变形;热影响区组织出现了明显粗化.前进边热机影响区和焊核区形成明显分界线,后退边相对模糊.搅拌摩擦焊对接头各区域沉淀相分布形态有重要影响.接头室温拉伸强度可以达到母材的70%以上.沿焊缝横截面的显微硬度的分布显示,硬度最低点位于后退侧热影响区区域,断裂位置位于后退侧热影响区处,接头的断裂形式为韧性断裂.     

FGH96/GH4169高温合金惯性摩擦焊接头组织与力学性能

在惯性摩擦焊机上对FGH96/GH4169高温合金进行了焊接,焊后利用光学显微镜、扫描电镜以及拉伸试验机等设备分析了接头的微观组织形貌、显微硬度、拉伸性能及断口形貌。结果表明:焊缝区组织为细小的等轴晶粒;热机影响区晶粒被拉伸呈流线型。接头室温拉伸强度可以接近母材的80%,显微硬度沿垂直于焊缝方向呈W形分布,硬度最低点位于GH4169侧热机影响区区域。断裂位置也位于该区域,断裂形式为韧性断裂。     

6061铝合金搅拌摩擦焊焊接接头应力腐蚀的敏感性

采用慢应变速率拉伸(SSRT)方法分析6 mm厚的6061-T6铝合金及其搅拌摩擦焊接头在模拟海水溶液及空气中的应力腐蚀敏感性,测试和分析搅拌摩擦焊接头金相组织、显微硬度和断口形貌。结果表明,焊核区晶粒细小,热机影响区晶粒出现弯曲及拉长变形,热影响区晶粒粗大。接头显微硬度值呈"W"型分布,其最大值为71.8 HV。在应变速率为1×10-6/s时,接头及母材在3.5%Na Cl溶液中具有应力腐蚀敏感性,接头应力腐蚀敏感性高于母材。     

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。     

双轴肩搅拌摩擦焊对7075铝合金组织和性能的影响

对7075铝合金双轴肩搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)焊缝的组织、力学性能和电化学腐蚀性能进行研究。结果表明:焊缝区从内到外依次为焊核区、热机影响区、热影响区和母材区,焊核区为细小的等轴晶组织,热机影响区为粗大的变形组织,热影响区为粗化的母材条带组织;由于晶粒的细化和机械加工硬化作用,整个区域硬度明显提高,但由于焊核后退侧存在不均匀的"混晶"组织,导致焊缝强度无明显提高,抗拉强度仅为267.84 MPa;垂直于焊缝方向表面的耐腐蚀性能优于平行于焊缝方向的表面,但焊缝区的耐腐蚀性能比母材差。     

6005A FSW接头金属运动行为研究

采用搅拌摩擦焊对6005A进行焊接,并对垂直、平行焊接方向接头不同区域的组织进行研究。结果表明:搅拌摩擦焊接头前进侧金属运动迹象大于后退侧,前进侧"匙孔"边缘底部基本保留了搅拌针形貌;在垂直焊缝方向,前进侧晶粒呈明暗带状分布的"洋葱环"结构,距离焊缝中心越远越明显,后退侧组织致密且过渡平缓;在平行焊缝方向,前进侧边缘塑性金属运动痕迹强烈,为连续锯齿状形貌,该形貌向焊缝中心逐渐减弱并消失于后退侧。     

焊接速度对7A04铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

采用不同焊接速度焊接7A04铝合金板材,并对搅拌摩擦焊接头进行微观组织和力学性能分析研究。结果表明,接头焊核区由于搅拌头的搅拌作用及发生动态再结晶,形成细小等轴晶,尺寸远小于母材;机械热影响区处于搅拌头外缘,在搅拌头搅拌作用下发生明显的拉伸变形;热影响区晶粒发生明显粗化。不同焊接速度下焊缝区的硬度分布整体上呈"W"形分布,接头软化,焊缝区硬度低于母材,硬度最高值出现焊核区,最低值出现在热影响区。当旋转速度为800 r/min,焊接速度为120 mm/min时,接头成型性最佳,其抗拉强度为410 MPa,达母材强度的75%。     

7075铝合金板搅拌摩擦焊接头再结晶过程研究

针对7075铝合金板搅拌摩擦焊对接接头组织变化过程及搅拌头下压深度对焊接过程中焊缝塑性金属流动行为进行研究。研究结果表明:焊核区金属发生了动态再结晶,由细小的等轴晶组成;热机影响区晶粒出现弯曲变形,并发生了动态回复与部分再结晶;热影响区晶粒没有发生明显长大,晶粒间界随着热输入增大而加宽。搅拌摩擦焊接过程中,焊缝塑化金属存在三种运动,表层的水平圆周运动,探针周围的无序运动,底层的向上运动。     

35mm厚板铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能

采用搅拌摩擦焊双面焊工艺,对35 mm厚板6005A-T6铝合金型材进行了搅拌摩擦焊接,获得成形良好、表面光滑、无隧道孔和沟槽缺陷的焊接接头.应用光学显微镜、扫描电镜、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.结果表明,接头焊核区组织为细小等轴晶;前进侧出现明显的螺旋纹及清晰的结合线,热力影响区晶粒被明显拉长呈条状组织,热影响区受热晶粒粗大;后退侧未见螺旋纹,晶粒比前进侧细小,过渡区较前进侧宽.在搅拌头旋转频率为650 r/min,焊接速度为200 mm/min工艺条件下接头抗拉强度为213 MPa,达到母材强度的84.8%,断裂起始于焊缝前进侧的热影响区,扩展至双面焊接重合区时,沿着焊缝后退侧热影响区直至断裂;接头显微硬度最低值出现在前进侧热影响区,最低值为50 HV.     

焊接工艺参数对镁铝异种材料搅拌摩擦焊的影响

为研究焊接参数和搅拌头结构对异种材料搅拌摩擦焊的影响,分别使用带有和不带搅拌针的搅拌头对AA5754铝合金和AZ31镁合金薄板进行搅拌摩擦焊。结果表明,焊核区的原始晶粒变成了细小的等轴再结晶晶粒,热机影响区的晶粒相比焊核区的要大,热影响区的微观组织较粗大;采用带搅拌针的搅拌头对镁、铝合金异种材料焊接得到的焊缝表面质量较好,ω=1 200 r/min、ν=300 mm/min为最优的焊接参数,两种材料的界面结合良好。     

不同焊速下6061铝合金FSW接头组织及性能

设置搅拌头的转速为变量,设计FSW对接试验,对8 mm厚6061-T6铝合金板材进行搅拌摩擦焊接,研究不同焊接速度下焊缝宏观形貌、焊接接头显微组织、力学性能等的变化规律。结果表明,焊缝宏观形貌与n/v值有关,n/v值过大,RS侧产生飞边缺陷;n/v过小,AS侧出现沟槽。焊接接头不同区域的显微组织存在差异和明显的边界。焊接接头维氏硬度曲线呈现左右不对称的W形,焊核区的硬度值高于热机影响区和热影响区的,且热影响区的硬度值最小,焊核区内,硬度最大值在AS侧。搅拌头转速一定时,随着焊接速度的提高,焊接接头的抗拉强度和伸长率先提高后略有降低;当n/v值接近10时,焊缝外观成形良好,无明显缺陷,焊缝各区域晶粒细小,沉淀相适量,焊接接头的显微硬度最高,抗拉强度达到母材的74.6%,伸长率为7.8%,性能最好。     

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊组织及性能分析

在不同的焊接工艺参数下对8mm厚的7050-T7451锚合金板进行 了搅拌摩擦焊接实验通过对焊接接头组织的分析,发现焊核区晶粒为明显的细化再结晶等轴晶;热机影响区晶粒沿流线方向拉长且有细小沉淀相在晶界上析出;热影响区的组织发生了晶粒粗化.沿焊缝横截面的显微硬度分布呈高-低-高-低-高的趋势,硬度最低处位于后退侧的热影响区.实验结果表明,在旋转速度为375r/min、焊接速度为100mm/min时,可以获得较好的焊缝组织织,抗拉强度达到了 452MPa.