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.     

铝/铜搅拌摩擦焊接头力学性能与断口形貌分析

由于铝、铜两种材料性能差异较大,用常规焊接方法难以实现连接,极大地限制了铝/铜复合接头的质量和应用范围.利用搅拌摩擦焊接技术成功地实现了铝合金5A06和紫铜T2的对接焊接,并对接头的力学性能及拉伸断口的形貌进行了分析.结果表明:选用合适的焊接参数,接头的抗拉强度达到225MPa,为母材紫铜T2的76.4％;焊缝区显微硬度测试显示,搅拌区铝-铜材料的混合,硬度值呈现波动且在靠近富铜区硬度出现突增值;拉伸断裂多发生在前进侧的热影响区或焊核区,宏观断口呈45°倾斜式和铝-铜交替层状断形貌;断口SEM微观形貌多呈塑性韧窝状.     

2198和C24S异种铝锂合金搅拌摩擦焊接头的显微组织和力学性能

对2198和C24S异种铝锂合金进行搅拌摩擦焊对接试验,分析接头的显微组织和力学性能。结果表明:前进侧和返回侧热影响区的板条状组织均发生了粗化,前进侧热力影响区的晶粒被拉长,返回侧热力影响区的变形晶粒周围存在细小的再结晶晶粒,焊核区为细小的2198和C24S铝锂合金再结晶晶粒,且2198铝锂合金的再结晶晶粒更大。焊接速度在60~120 mm/min变化时,2198铝锂合金位于前进侧的接头抗拉强度更高;接头拉伸试样的断裂均发生在2198铝锂合金的热力影响区,最大抗拉强度为382 MPa,达到了2198铝锂合金母材抗拉强度的82.7%;接头的焊核区、热力影响区和热影响区均发生软化,焊核区中2198铝锂合金的硬度比C24S铝锂合金的更低。     

2195-T8铝锂合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能

对8 mm厚度2195铝锂合金进行了搅拌摩擦焊平板对接焊试验,利用光学显微镜和扫描电镜观察分析了焊接接头的显微组织和断口形貌特征,并对接头常温、低温拉伸性能和显微硬度进行了测试。结果表明,接头整体上宽下窄,呈V字形,由焊核区、热力影响区、热影响区和轴肩影响区组成;-196 ℃条件下,接头抗拉强度及断后伸长率分别达到母材的71.8%,53.8%;焊件的硬度分布形貌均呈W状,其中焊核区微观硬度最高,热影响区微观硬度最低;接头断裂位置均位于热影响区附近,断裂特征属于典型的韧性断裂。     

2195-T8铝锂合金板材摩擦搅拌焊接头组织与力学性能

采用圆柱状搅拌针及带螺纹圆柱状搅拌针,进行了5 mm厚度2195-T8铝锂合金板材的摩擦搅拌焊接,研究了旋转速度及焊接速度对接头拉伸性能的影响,并检测了接头组织。采用圆柱状搅拌针(旋转速度1000 r/min)进行焊接,当焊接速度不当时,产生贯穿焊缝的连续孔洞,导致接头强度较低。采用带螺纹圆柱状搅拌针进行焊接(焊接速度120 mm/min)时,可消除上述孔洞缺陷,且随旋转速度由700 r/min增加至1100 r/min,接头强度增加。焊核区晶粒发生再结晶,但晶粒尺寸分布不均匀;从焊核区顶部至底部,晶粒尺寸降低;紧邻热机影响区的焊核区晶粒尺寸小于中心焊核区。焊核区T1 (Al₂CuLi)相和q￠ (Al₂Cu)相完全溶解,而热机影响区所有q￠相及大部分T1相溶解。另外,在焊核心区形成较多位错。     

铝合金搅拌摩擦焊异种焊接头的显微组织和力学性能

对8mm厚6082/5083铝合金进行了搅拌摩擦焊焊接,焊后通过金相分析、拉伸试验和断口形貌观察等方法研究了搅拌摩擦焊异种焊接头的显微组织和力学性能.研究结果表明:在旋转速度800 r/min、焊接速度120 mm/min工艺条件下,接头表面成形良好,内部无明显缺陷.焊核区是由细小的等轴晶组织构成;前进边和回转边的界面形态差异较为明显,前进边的组织形貌呈花纹状,由两种铝合金组织交互融合而成,但回转边组织形貌则呈曲线状,明显将两种组织分开.断口形貌分析显示,接头断裂模式为脆性断裂.     

铝-铜异种材料搅拌摩擦焊接头组织及性能研究

采用搅拌摩擦焊对3 mm厚的T2紫铜和工业纯铝进行对接焊,结果表明:焊接前对T2紫铜进行退火处理,同时搅拌针相对于配合面向铝侧偏移时,可以减小搅拌针粘连问题,获得成形良好的焊接接头。搅拌区形成沿搅拌头旋转方向连续分布片层状与涡流状复杂结构。接头抗拉强度为112 MPa,为工业纯铝母材强度的86.2%左右,试样拉伸断裂位置位于搅拌区前进侧过度区域,断口SEM形貌呈现明显的脆性断裂特征;接头前进侧热影响区出现了不同程度的软化现象,焊核区最低硬度为51.02 HV,均低于两侧母材硬度。     

镍中间层对铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接头微观组织的影响

采用搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW),引入厚度为0.05 mm镍箔作为中间层,在焊接速度不变条件下,采用不同转速对厚度为4 mm的6061铝合金和AZ31镁合金进行平板对接,对接头进行系列微观组织表征及力学性能测试,探讨转速对接头中镍颗粒分布状态,金属间化合物(intermetallic compounds, IMCs)种类与分布及接头强度的影响规律. 研究结果表明:与未引入中间层接头相比,引入镍改变了铝/镁异种金属FSW接头焊核区(weld nugget zone, WNZ)中IMCs种类及分布,WNZ存在明显的镁合金与铝合金相间的带状组织,其上分布着絮状Al₁₂Mg₁₇、颗粒状Mg₂Ni、层状Al₃Mg₂及大小不一的镍箔颗粒;随着转速增加,镍箔颗粒分布愈加均匀,Al₃Mg₂数量相对减少,且脆性Al₃Mg₂由连续分布逐渐演变为断续分布;当转速为750 r/min时,接头抗拉强度达到最大值,与未引入中间层接头相比,引入镍中间层接头抗拉强度提高了56 MPa,达到镁合金的56.9%.     

焊接参数对1350工业纯铝搅拌摩擦焊接头的组织及性能的影响

采用搅拌摩擦焊对3 mm厚的1350工业纯铝板材进行了对接,考察了ω/υ值对搅拌摩擦焊接头的组织和力学性能的影响.结果表明,在ω/v=5.0 r/mm时得到的接头表面粗糙,并且有隧道型孔洞生成,ω/v=8.3 r/mm时接头有“S”曲线缺陷生成,ω/v＞8.3 r/mm的条件下可以得到外表面美观、内部无缺陷的接头.搅拌区的面积和晶粒尺寸随着ω/v值的增大而增大.搅拌区的硬度变化趋势与ω/v值变化趋势不同.接头的抗拉强度、伸长率在ω/v值为5.0～10.0 r/mm范围内随着ω/v值增大而升高,ω/v为10.0 r/mm时达到最大值,进一步增大ω/v值将降低接头的力学性能.接头拉伸断口SEM显示,在ω/v＞8.3 r/mm时存在与母材类似的韧窝和撕裂棱,表明搅拌摩擦焊接头基本保持了母材良好的塑性.     

紫铜-黄铜搅拌摩擦焊接头的组织与力学性能

研究了紫铜和黄铜搅拌摩擦焊接的可行性,对焊接接头的金相组织进行了分析,并通过拉伸实验、硬度分析、弯曲实验,对接头的性能进行了验证.结果表明:紫铜-黄铜具有良好的搅拌摩擦焊接性能,可获得与母材等强度的搅拌摩擦焊接接头.焊合区在热力偶合作用下获得动态再结晶组织,接头黄铜一侧热影响区沿厚度方向上下不同,下侧可分为再结晶区、不完全再结晶区、动态回复区;上侧出现明显的偏析现象;接头紫铜一侧热影响区出现明显的须状组织,并有晶粒微溶的迹象.     

异种铝合金回填式搅拌摩擦点焊缺陷及力学性能

采用回填式搅拌摩擦点焊技术对2 mm厚5052-H112与2024-T4铝合金进行了成功的连接.试验结果表明,当焊接工艺参数选择恰当时,可得到无缺陷接头;然而,焊接工艺窗口较窄,在高热输入条件下易产生多种缺陷,如粘连韧带、孔洞、裂纹、弱连接等,且这些缺陷主要分布在两板的结合面及焊具退出工件的退出线上;力学性能测试结果表明在低热输入条件下,接头的力学性能（一字拉伸与十字拉伸）最高,这与焊点在低热输入情况下组织缺陷较少有关;在一字和十字拉伸载荷作用下,接头的失效位置位于两板结合面及退出线上,在结合面处形成了有效的冶金连接.     

Q235钢搅拌摩擦焊接头微观组织与力学性能分析

在焊接速度为100 mm/min和搅拌头转速为450 r/min的工艺参数下,采用钨铼合金搅拌头对3 mm厚Q235钢进行了搅拌摩擦焊试验,并对接头的微观组织及力学性能进行了研究. 结果表明,在该工艺参数下可以获得表面无缺陷、成形良好的焊缝. 焊后搅拌头表现出一定程度的磨损及氧化. 接头截面各区域承受不同的热力联合作用,经历了不同的组织转变过程,但均保持铁素体和珠光体组织. 接头显微硬度最大值位于焊核区. 接头拉伸断裂位置处于热影响区,拉伸断口呈韧性断裂特征.     

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。     

5052与6061异种铝合金搅拌摩擦焊接头的组织和力学性能

采用搅拌摩擦焊(FSW)方法对6 mm厚的5052和6061异种铝合金进行了焊接,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)分析母材和焊接接头的显微组织和断口形貌,利用XRD分析了搅拌区域的物相组成,并测试了室温拉伸性能和显微硬度。结果表明,5052合金置于前进侧时更有利于材料在焊核区域的相互混合,焊接接头的最低硬度在5052合金一侧热影响区(HAZ),并在这个区域发生了断裂,断裂特征为韧性断裂。焊接接头的最大抗拉强度为225 MPa,伸长率为5.77%。     

Microstructures and properties analysis of dissimilar metal joint in the friction stir welded copper to aluminum alloy

This paper mainly concentrated on the feasibility of friction stir welding of dissimilar metal of aluminum alloy to copper （I2） and a preliminary analysis of welding parameters influencing on the microstructures and properties of joint was carried out. The results indicated that the thickness of workpiece played an important role in the welding parameters which could succeed in the friction stir welding of dissimilar metal of copper to aluminum alloy, and the parameters were proved to be a narrow choice. The interfacial region between copper and aluminum in the dissimilar joint was not uniformly mixed, constituted with part of incomplete mixing zone, complete mixing zone, dispersion zone and the most region＇ s boundary was obvious. Meantime a kind banded structure with inhomogeneous width was formed. The intermetallic compounds generated during friction stir welding in the interfacial region were mainly CugAl4, Al2Cu etc, and their hardness was higher than oihers.     

纯铜/1350铝合金异种板材搅拌摩擦焊接头的组织与性能(英文)

研究3mm厚的纯铜/1350铝合金异种合金板材的搅拌摩擦焊工艺。通过搅拌头偏置技术,将搅拌头的大部分插入铝合金一侧,在旋转速度和焊接速度分别为1000r/min和80mm/min的条件下,获得无缺陷的接头。在焊核区形成复杂的微观组织中,可以观察到旋涡状花样和层状组织。焊核区没有金属间化合物生成。硬度分布曲线表明,焊核区纯铜一侧的硬度高于1350铝合金一侧的硬度,且焊核区底部的硬度高于其它部分的。接头的抗拉强度和伸长率分别为152MPa和6.3%。断口观察表明,接头断口既存在韧性断裂区域,也存在脆性断裂区域,为混合型断裂。     

Cu-Cr-Zr合金搅拌摩擦焊接接头的组织和力学性能

采用旋转速度为750和1500 r/min,焊接速度为23.5 mm/min的焊接参数分别对时效态和固溶态的3 mm厚的Cu-Cr-Zr合金板进行搅拌摩擦焊接,研究转速及母材区(BM)初始状态对搅拌摩擦焊(FSW)接头的微观组织与力学性能的影响,并对接头的力学性能进行模型化定量分析。结果表明:FSW后,接头晶粒显著细化,沉淀相在搅拌头的高温热作用下固溶在基体中。当BM的初始状态为时效态时,与1500 r/min样品相比,750 r/min样品晶粒尺寸较小且存在沉淀相,750 r/min样品力学性能较高,主要是晶界强化和沉淀强化的作用。当BM的初始状态为固溶态时,与1500 r/min样品相比,750 r/min样品晶粒尺寸较小,力学性能较高,主要是晶界强化的作用。当FSW转速相同时,时效态接头的晶粒尺寸小于固溶态接头,而力学性能高于固溶态接头,主要是由于BM的初始组织状态不同导致的。综合分析表明:FSW过程中选用低转速焊接,可以获得性能较优的接头。     

镁/铝合金回填式搅拌摩擦点焊的组织与性能

选用5083铝合金和AZ31B镁合金为研究对象,研究焊接时间对异种合金回填式搅拌摩擦点焊接头的金属间化合物层和拉剪性能的影响.结果表明,当焊接时间为1 s时,Mg合金的流动性较差,接头中出现明显的孔洞缺陷;随着焊接时间的变长,孔洞缺陷消失.由于铝镁表面的氧化膜在焊接过程中被打碎且焊接温度高于铝镁的共晶温度,接头中心会形成一层液相层,焊后液相层凝固形成金属间化合物.接头的抗拉载荷随着焊接时间的延长先升高后降低,最优载荷在焊接时间为2 s时取得,为3.1 kN.