表面状态对6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头疲劳性能的影响

对采用双轴肩搅拌摩擦焊的两种不同焊前表面状态6005A-T6铝合金型材焊接接头进行脉动拉伸疲劳试验。断口疲劳断裂分析结果表明:焊前打磨时接头疲劳强度略高;焊前打磨状态对6005A-T6铝合金型材双轴肩搅拌摩擦焊接头疲劳强度影响不大。电镜扫描结果显示:两种类型接头试件宏观断裂形貌均为纤维状,启裂位置均集中在热影响区(焊核边缘),未出现明显缺陷;启裂区断口齐平光滑、疲劳源清晰;扩展区可观察到相互平行的塑性疲劳条带;终断区断口表现为韧性断裂,呈明显的等轴韧窝型。     

不同错边尺寸对铝合金BT-FSW接头力学性能的影响

采用双轴肩搅拌摩擦焊方法对6005A-T6铝合金型材进行焊接，通过调整工件装配时的错边量来制备不同尺寸的错边接头，并对接头进行拉伸、弯曲、硬度、疲劳和断口扫描试验等，对6005A-T6铝合金焊接接头的力学性能进行了研究。试验结果表明：错边量对铝合金接头的拉伸性能有影响，随着错边量的增大，接头抗拉强度降低，而错边量对接头的弯曲性能和接头硬度影响不大；试件错边量对5 mm厚6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头疲劳性能影响很大，前进侧或后退侧随着错边量的增大，疲劳极限值都会降低，疲劳性能下降。     

6063-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头组织及力学性能分析

对4 mm厚6063-T6铝合金进行了双轴肩搅拌摩擦焊接试验. 结果表明,双轴肩搅拌摩擦焊可以实现6063-T6铝合金的焊接,得到表面成形良好且内部无缺陷的接头. 接头宏观形貌为哑铃状,其微观形貌分为焊核区、热力影响区、热影响区及母材区. 在搅拌头转速为1 200 r/min,焊接速度为400~700 mm/min的工艺区间内,接头强度呈先升高后降低的趋势,最高可达181.64 MPa,为母材的68.5%,硬度分布呈W状分布,接头断裂位置位于前进侧热影响区,断裂方式为韧性断裂.     

返修工艺对6005-T6铝合金型材搅拌摩擦焊接头性能的影响

在相同工艺参数下,对6005-T6铝合金型材双轴肩搅拌摩擦焊接头进行一次返修,并对其疲劳试件断口进行SEM扫描与分析。结果表明:返修后焊接接头的疲劳强度低于未返修焊接接头,随着应力的增大,从低应力区到高应力区,两种接头疲劳强度差异缩小;由升降法计算得未返修焊接接头疲劳极限为101.7 MPa,返修接头疲劳极限为75 MPa。断口分析表明:一次返修后疲劳试件未发现明显缺陷,断裂位置主要集中在母材,启裂区表面平滑,扩展二次裂纹少,疲劳纹清晰且粗大,终断区为韧性断口,可观察到大量浅韧窝。     

搅拌摩擦焊接Al-Li合金接头的微观组织及力学性能

采用锥形带螺纹搅拌头搅拌摩擦焊接5mm厚的Al—Li合金轧制板材，并对接头组织、力学性能及断裂特性进行了研究．结果表明，焊核区组织发生动态再结晶，形成细小的等轴晶晶粒，在等轴晶的晶界处析出大量的偏析相．热影响区组织发生回复和粗化反应，形成粗大的棒状回复晶粒；热机影响区组织发生弯曲变形，但整体上仍保留带状组织形貌，前进侧热机影响区组织变形程度高于后退侧，该区同时还发生回复反应，且后退侧热机影响区内的回复晶粒数量多于前进侧．拉伸实验结果表明，焊接速度v=40mm／min时，接头强度达到最大值，为345MPa；v=60mm／min时，接头延伸率达到最大值，为9．6％．硬度测试结果表明，搅拌摩擦焊接头发生软化，前进侧的软化区宽度大于后退侧．断口形貌分析表明，接头断裂模式为韧-脆混合型断裂．     

不同装配条件下6005A-T6铝合金型材焊接接头疲劳性能

针对装配错边量参数如何影响搅拌摩擦焊接头的焊接质量和疲劳强度的问题,采用高速列车用6005A-T6铝合金作为母材,使用双轴肩对接方法制备了各种对接参数的BT-FSW接头,同时对各组疲劳断口进行了SEM分析。结果表明:随错边量的增加,接头指定1×10~7循环次数疲劳强度明显降低;当错边量控制在0.5 mm以内时,焊接接头的疲劳强度水平较高,在指定疲劳寿命下拥有更高的疲劳强度而不开裂;装配错边量超过0.8 mm时,疲劳强度迅速下降,且疲劳试件断裂位置多萌生于焊核边缘。SEM结果显示:启裂区疲劳源清晰,具有典型的疲劳断裂特征;扩展区疲劳纹与裂纹延伸方向垂直;终断区可观察到典型的纯韧窝状韧性断口。     

搅拌头旋转频率对静止轴肩搅拌摩擦焊接头力学性能的影响规律

利用自行设计的静止轴肩装置对6005A-T6铝合金进行了静止轴肩搅拌摩擦焊的试验研究.结果表明,当焊接速度为200 mm/min时,表面光滑且无缺陷的焊接接头抗拉强度与断后伸长率随着搅拌头旋转频率的增加呈现先增加后减小的趋势;焊接接头的正背弯180°无裂纹;当旋转频率为1800 r/min时,抗拉强度达到最大值234 MPa,接头强度系数达到79%.静止轴肩搅拌摩擦焊接头的显微维氏硬度呈W形分布,最小值出现在前进侧的热影响区;接头的软化程度随搅拌头旋转频率的增加而增加.焊接接头的断裂位置位于热力影响区,断口呈韧性断裂.     

焊接工艺对6082-T6铝合金对接接头疲劳性能的影响

对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊和MIG焊的对接接头分别进行脉动拉伸疲劳试验,并对试件的疲劳断口进行扫描电镜分析,结果表明:搅拌摩擦焊接头的疲劳极限较高,搅拌摩擦焊接头断裂位置主要集中在背面焊缝边缘; MIG焊接头断裂位置主要集中在热影响区。启裂区和扩展区疲劳纹清晰;终断区为深韧窝型韧性断口。     

焊接速度对5754铝合金FSW接头微观组织和力学性能的影响

对3 mm厚的5754铝合金板材进行搅拌摩擦焊接，研究了搅拌头在转速800 r/min条件下，不同焊接速度(100 ~ 400 mm/min)对搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响. 结果表明，5754铝合金FSW接头横截面形貌呈“盆”形. 随着焊接速度增加，5754铝合金FSW接头的焊核区和轴肩区的面积逐渐减小，而搅拌针区面积先增加后减小. 当焊接速度为300 mm/min时，搅拌针区面积达到最大值6.66 mm2，轴肩区和搅拌针区面积比例为0.97，5754铝合金FSW接头的强度系数达到97.5%，这主要是因为轴肩区和搅拌针区面积相近，增大了焊核区和热影响区界面面积，从而提高了FSW接头强度，拉伸断裂在焊核区以外(热影响区或基材区)，断口为韧性断口. 当焊接速度为400 mm/min时，5754铝合金FSW接头的强度系数为58.8%，拉伸试样均断裂在焊核区，断口为脆性断口.     

常规FSW与双轴肩FSW对铝合金接头组织和性能的影响

对采用常规FSW和双轴肩FSW所得到焊接接头性能进行试验研究,测试了两种焊接得到的焊接接头的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率,并对接头的微观组织和断口形貌进行了观察和分析.结果表明,双轴肩FSW接头横截面形成了一组由内向外扩张“洋葱环”状的椭圆环;常规FSW焊核区与热力影响区之间组织发生明显变化;硬度的最低处为双轴肩FSW前进侧热力影响区,最高处为双轴肩FSW接头上表面焊核区;常规搅拌摩擦焊接头的综合力学性能最好,双轴肩次之;断口形貌分析表明,接头断裂模式均为韧性断裂,且常规FSW断口韧窝尺寸比双轴肩FSW接头韧窝小而深,表现出更好的塑性.     

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.     

中空铝型材搅拌摩擦焊试样疲劳性能研究

对焊后不同表面状态下的高速列车用6005A-T6铝合金型材搅拌摩擦焊试样进行脉动拉伸疲劳试验,并对疲劳断口进行了扫描观察与分析,结果表明:疲劳试验中的试件断裂位置主要集中在母材;启裂区和扩展区均呈典型疲劳特征,疲劳辉纹清晰且较粗;终断区为韧窝较浅的韧性断口;焊后表面状态对6005A-T6铝合金型材搅拌摩擦焊接头疲劳强度基本没有影响。     

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。     

装配间隙对6005A-T6铝合金型材BT-FSW接头抗应力腐蚀性能的影响

对6005A-T6铝合金型材进行BT-FSW双轴肩搅拌摩擦焊,研究了0、0.5和1 mm三种装配间隙对焊接接头应力腐蚀(SCC)敏感性的影响。利用SEM扫描电镜对接头慢拉伸(SSRT)应力腐蚀试件断口截面形貌和微观缺陷进行了观察与分析。结果表明:装配间隙越大,焊接接头应力腐蚀开裂敏感性就越大。在0～0.5 mm范围内,间隙量对接头中心区域组织形貌影响较弱,断口均位于热影响区HAZ,是典型韧性断口。当间隙量到达1 mm时,应力腐蚀裂纹萌生于焊核区中心C型线界面,腐蚀区光亮平坦,中心放大区可以观察到细小放射状河流花样,断口类型为沿晶脆性断裂。     

不同轴肩组合对双轴肩搅拌摩擦焊接质量的影响

为了揭示不同轴肩端面对双轴肩搅拌摩擦焊接质量的影响,采用凹/凸四种组合的轴肩对8 mm厚的6061铝合金进行焊接试验,结合焊接转矩、输入功率、前导区温度检测手段,详细分析了不同组合焊缝表面成形、横截面宏观形貌、接头组织形态及力学性能。研究结果表明,在四种轴肩组合中,上凹下凹、上凹下凸的组合能产生纹路细腻、成形美观的焊缝,试样拉伸断口形貌呈典型的韧性断裂;凹/凹组合和凸/凸组合的焊缝关于厚度中心对称,但凹/凸组合的焊缝不再关于厚度中心对称;凹肩表面成形效果强于凸肩,凹肩侧表层焊缝的宽度明显大于凸肩侧对应宽度,且凸肩产生表面沟槽缺陷倾向大于飞边倾向;搅拌区凸肩一侧硬度明显高于凹肩一侧硬度,而在两侧的热影响区,凸肩一侧硬度均低于凹肩一侧硬度。     

TC4钛合金搅拌摩擦焊接头的疲劳性能

用由内凹轴肩与锥形搅拌针组成的钨铼合金搅拌头,采用转速为150 r/min、焊速为30 mm/min的参数对2mm厚的TC4钛合金板进行搅拌摩擦焊,得到了内部无缺陷的接头。以此为基础进行了焊接接头的疲劳性能分析。试验结果表明,焊核区由细小的晶粒组成,而构成焊核的轴肩作用区的前进侧是焊接接头的危险区域。疲劳裂纹萌生于焊件表面的轴肩作用区附近,裂纹经轴肩作用区向下扩展到热影响区并瞬断于母材区域。     

2A12T4/6061T6异种铝合金搅拌摩擦焊接接头性能分析

为满足异种铝合金结构件焊接需求，对10 mm厚的2A12T4/6061T6异种铝合金板进行了搅拌摩擦焊接试验，分析了不同工艺参数焊接接头的微观组织和性能。结果表明：焊接接头焊核区与热机械影响区分界在前进侧明显，而在返回侧不明显；除搅拌头旋转速度为700 r/min、前进速度为300 mm/min的焊接试样外，其余试样的拉伸断裂均发生在6061T6铝合金侧的热影响区，拉伸断裂均呈韧性断裂；焊核区的硬度比热影响区的硬度大，但比母材的硬度小，2A12T4铝合金侧的硬度明显高于6061T6铝合金侧的硬度。当搅拌头旋转速度为600 r/min、焊接速度为300 mm/min时，焊接接头的抗拉强度最高，为249 MPa。     

LF21铝合金双轴肩搅拌摩擦焊组织与性能

利用光学显微镜、扫面电子显微镜、显微硬度仪、拉伸试验机等方法,分析6 mm厚LF21铝合金单道对接双轴肩搅拌摩擦焊焊焊缝的微观组织、力学性能、缺陷成因。实验结果表明,转速1 200 r/min、焊接速度100 mm/min时可以获得较好的焊接性能;焊缝组织呈不完全对称的沙漏状;焊缝硬度在焊缝两侧的热影响区处发生不对称的软化,前进侧组织析出相发生了明显的长大现象;抗拉强度达到103.25 MPa,焊接强度系数为基材强度的70.4%,接头断口形貌呈典型的韧性断裂。     

钛钢复合板搅拌摩擦焊接接头组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊对接工艺焊接厚度为2 mm的TA2-Q235B钛钢复合板。采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察焊接接头显微组织及断口形貌,并采用拉伸试验机和显微硬度计测试焊接接头力学性能及不同区域的显微硬度。结果表明,钛钢复合板焊接接头从上到下分为上部钢焊接区,中部钛钢混合区及下部钛焊接区3个区域,其中钛钢混合区呈交替层叠状结构。当轴肩旋转速度为300 r/min,焊接速度为40 mm/min时,焊接接头的抗拉强度为386 MPa,达到母材强度的80%以上,焊接区域的硬度平均值为243.5 HV,焊接接头断裂源于结合较弱的前进侧热机影响区域。     

6005A-T6铝合金型材双轴肩搅拌摩擦焊接头组织及力学性能

采用双轴肩搅拌摩擦焊接方法对4.5 mm厚6005A-T6铝合金型材在较高焊接速度下进行了对接试验。结果表明,较高的焊接速度下仍可获得外观及性能优良的接头,但易出现隧道型缺陷及裂纹缺陷。在试验参数下,接头性能与WP(焊接速度与搅拌头旋转速度的比值)有密切关系:接头抗拉强度随着WP值的增大基本呈现先增大后减小的趋势,在搅拌头转速为1 400 r/min以及焊接速度为1 400 mm/min时获得强度较高的接头,其抗拉强度为231 MPa,是母材强度的77%。断口扫描结果显示,在试验参数下,接头断裂方式随着WP值的增大由塑性断裂逐渐变为包含沿晶断裂、韧性断裂、解理断裂的混合型断裂。