7075铝合金搅拌摩擦焊接头断裂机理

使用MTS拉伸试验机和扫描电镜加载台分别对7075铝合金FSW接头进行拉伸卸载和原位拉伸试验,并借助Olympus金相显微镜对卸载后接头损伤行为进行观察,使用有限元软件ABAQUS对接头在拉伸过程中的应力状态进行分析. 结果表明,7075铝合金FSW接头在拉伸过程中微裂纹分别在前进侧热影响区(HAZ)与热力影响区(TMAZ)交界处和焊核区(WNZ)底部形核,最终前进侧HAZ与TMAZ交界处裂纹发展成主裂纹,主裂纹沿HAZ与TMAZ交界扩展导致接头断裂. 原位拉伸试验接头同样在该区域发生断裂. 该处由于三向应力度较高、显微硬度较低、过渡组织不连续以及沉淀相MgZn2取向分布而成为整个7075铝合金FSW接头的最薄弱环节.     

超声辅助搅拌摩擦焊温度场及残余应力场分析

超声辅助搅拌摩擦焊是一项在搅拌摩擦焊的搅拌头上添加轴向高频振动的新技术. 以6 mm厚7075铝合金材料为研究对象,建立了超声辅助搅拌摩擦焊与普通搅拌摩擦焊接的热源模型,通过ANSYS软件研究了轴向振动对焊接过程温度场以及焊后残余应力的影响规律. 结果表明,轴向振动的添加能够增大热输入量,提高焊接峰值温度且降低焊缝残余应力;在相同转速及焊接速度下,当振动频率一定时,焊接峰值温度和焊后残余应力随着振动幅值的增加而增大;当振动幅值一定时,随着振动频率的增大,焊接峰值温度及焊后残余应力也相应增加.     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能研究

利用搅拌摩擦焊方法对7075铝合金板进行焊接,探讨了焊接速度和搅拌头旋转速度等焊接工艺参数对焊缝成形及接头力学性能的影响,并对焊接接头的显微组织进行了分析.结果表明:采用搅拌摩擦焊焊接7075铝合金时,焊接接头具有较好抗拉性能.当旋转速度为750r/min、焊接速度为95 mm/min时,焊接接头的强度最高,达到母材抗拉强度(487 MPa)的97.4％,并且其伸长率也较高(为3.1％);当旋转速度为950 r/min、焊接速度为150 mm/min时焊接接头的伸长率最好,为4.7％.总体上看,焊接接头的伸长率和母材相比较低.     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头变形及失效行为

使用搅拌摩擦焊（FSW）设备对厚度为6mm的7075高强度铝合金平板进行对接试验。设计出双径试样,采用液压伺服试验机对7075铝合金搅拌摩擦焊接头进行拉伸试验,并借助奥林巴斯显微镜和扫描电镜观察接头的变形及失效过程。结果表明,7075铝合金搅拌摩擦焊接头在拉伸过程中出现双颈缩现象,颈缩首先在后退侧出现,随着加载的进行,前进侧也出现颈缩现象。微裂纹在接头中的前进侧和后退侧颈缩区内晶界处由微孔洞聚集产生。随着应变的增加,微孔洞数量明显增加,当应变足够大时,微孔洞连接形成微裂纹。微裂纹沿着与加载方向成45°向焊核区进行扩展,导致接头断裂,断裂位置位于接头中的焊核区,断裂方式为剪切断裂混合着微孔聚集型断裂。     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头沉淀相析出行为

利用搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)技术对厚度为6 mm的7075铝合金进行平板对焊,使用金相显微镜、显微维氏硬度仪对7075铝合金FSW接头进行微观组织观察和显微维氏硬度测试,使用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)对合金进行物相分析,使用透射电镜(transmission electron microscopy,TEM)对接头焊核区(welding nugget zone,WNZ)、热机影响区(thermal-mechanically affected zone,TMAZ)、热影响区(heat affected zone,HAZ)及母材(base metal,BM)中的沉淀相分布、形貌等进行观察,并对沉淀相的晶格条纹间距进行计算。研究结果表明,7075铝合金FSW接头的组织及显微维氏硬度分布极其不均匀;接头中沉淀相主要有棒状MgZn_2和椭圆状AlCuMg两种,沉淀相种类与形状不同,强化效果不同,AlCuMg强化效果好于MgZn_2;WNZ中沉淀相主要是AlCuMg,加之细晶强化,显微维氏硬度较高;相比WNZ,TMAZ中沉淀相AlCuMg数量少,MgZn_2相对增多,强化效果相对减弱,导致显微维氏硬度降低;HAZ中的MgZn_2相对更多,加工硬化和细晶强化效果减弱,HAZ与TMAZ交界处显微维氏硬度达到接头的最低值。     

7075铝合金搅拌摩擦焊焊接缺陷研究

利用搅拌摩擦焊方法对7075铝合金板进行了焊接实验,观察和分析了缺陷的显微结构及形成原因。结果表明:焊接工艺参数对接头缺陷的形成具有重要的影响。当工艺参数不恰当时,会在焊接接头的焊核区与返回侧的热机影响区之间产生一条明显的黑线,并且其对组织和性能产生较大的影响。经扫描电镜及能谱分析表明,该黑线其实就是在焊缝中未形成连接或不完全连接而出现的"裂纹状"缺陷,是一种残余界面线。     

铝合金搅拌摩擦焊接参数对温度场的影响

检测搅拌摩擦焊过程中铝合金薄板上各特征点在不同焊接参数下的温度变化规律，研究搅拌摩擦焊接参数对焊接过程温度场的影响。试验结果表明，在搅拌头旋转速度一定时，各特征点的温度峰值随焊接速度的增加而降低；在焊接速度一定时，特征点的温度峰值随搅拌头旋转速度的增加而升高。     

酸性盐雾中7075铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀行为

    采用金相和透射电镜对包铝的7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织和微结构进行分析,采用酸性连续盐雾试验对焊缝表面的腐蚀行为进行研究,并观察焊缝宏观和微观腐蚀形貌.结果表明：焊缝表面的晶粒和第二相粒子得到明显细化;搅拌摩擦焊焊缝区耐蚀性比包铝的母材低,且存在一定程度的不均匀腐蚀.腐蚀首先从局部点蚀和晶间腐蚀开始,最终演变为剥落腐蚀.     

2219铝合金厚板搅拌摩擦焊接温度场数值模拟

通过已建立的数学模型利用ANSYS软件,对14mm厚2219铝合金搅拌摩擦焊接过程(搅拌头插入阶段和焊接稳定阶段)中的温度场进行数值模拟,并与在焊缝相应位置埋入热电偶检测结果进行对比分析.试验发现,搅拌头插入阶段焊缝的温度变化与焊接速度无关,开始阶段升温速率最大;焊接稳定阶段,沿板厚度方向呈现上宽下窄、上高下低的温度梯度分布趋势.两个阶段都是旋转频率越高,焊缝的峰值温度越高.结果表明,温度场模拟与试验检测结果基本吻合,数学模型正确.     

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。     

航空铝合金板材搅拌摩擦连接有限元分析

根据搅拌摩擦连接特点,充分考虑搅拌摩擦连接过程中搅拌针各部位与连接板材之间的摩擦生热及在连接过程中连接板材摩擦系数随温度变化规律,建立了适合搅拌摩擦连接自身特点的动态热元模型,并利用此模型进行了航空铝合金板材搅拌摩擦连接过程的有限元分析模拟.通过模拟结果和试验结果对比验证了所建立的动态热源模型和有限元分析过程是合理的.模拟结果显示搅拌摩擦连接残余拉应力主要集中在连接区,且在连接区中间位置出现最大残余拉应力区,连接区两端及其它部位出现残余压应力.     

铝合金搅拌摩擦焊过程热力演变的三维数值模拟

对搅拌摩擦焊过程中搅拌头速度变化进行分析,建立了考虑搅拌摩擦焊过程中焊缝产热的热源模型.对2024铝合金搅拌摩擦焊温度场和应力场进行了三维有限元模拟,表明焊缝两侧温度和应力分布的不对称现象不明显,主要由于焊接速度远小于搅拌头转速所致,但随着焊接速度加快,这种不对称现象逐渐加强.焊接过程中焊缝中心温度低于搅拌头边缘温度,焊接前方和两侧均为压应力,后方为拉应力;焊接结束后与搅拌头接触区的横向和纵向残余应力为较大拉应力,远离焊缝残余应力较小;沿厚度方向上,横向和纵向残余应力均逐渐降低.有限元计算结果与短波长X射线应力测试结果进行对比,结果表明,二者趋势基本吻合.     

Monel-400合金环焊温度场和残余应力场的数值模拟

采用ANSYS大型通用有限元分析软件,利用APDL语言模拟计算了Monel-400合金环焊温度场.绘制出焊缝熔合线及其附近的热循环曲线,将热分析得到的节点温度作为体载荷进行应力场的数值模拟计算.结果表明:外表面节点x方向的应力刚开始时为拉应力,12s后转变为压应力,而中间节点和内表面节点x方向的应力始终为压应力,并大于...     

局部激光表面处理对7075铝合金残余应力的影响

结合激光表面处理技术和＂局部工程＂的概念,采用局部激光表面处理方法对7075铝合金进行激光表面处理,以期得到合适的残余应力场,提高7075铝合金的疲劳性能。并结合有限元技术,基于ANSYS计算软件,对激光表面处理过程进行了模拟计算,得到了不同激光处理工艺下的残余应力场分布。     

7075铝合金厚板预拉伸模拟分析及其在淬火残余应力消除中的应用

运用有限元软件ABAQUS, 对7075铝合金板材淬火过程进行了模拟.比例件的加工变形表明淬火模拟所得的残余应力是可信的.在获得淬火残余应力的基础上, 模拟了不同预拉伸量对毛坯的淬火残余应力的消除.结果表明: 拉伸量为3%时, 毛坯产生2.1%～2.6%的永久变形, 残余应力消除量约为86%, 完全符合航空铝合金厚板生产工艺的规定.     

Residual stress in quenched 7075 aluminum alloy thick plates

1　INTRODUCTION70 75isoneoftheprecipitation hardenedalu minumalloysmainlyusedasplateandforgingsintheaerospaceindustry .Itshighstrengthisachievedthroughaquenchingoperationwherethematerialisrapidlycooledfromthesolutionheattreatmenttem perature(4 75℃ )toroomtemperature ,whichcancausetheadverseeffectofintroducingresidualstress ,leavingthematerialunsuitableforfurthermachiningoperationsandforservice[13] .Residualstressinthequenchingoperationforaluminumalloysisusuallystudiedbynumericalprediction…     

铝热焊的温度场及残余应力场有限元分析

应用ANSYS软件对焊接模型进行了有限元建模,并利用单元生死技术和热-结构耦合功能仿真了焊接过程,模拟出铝热焊动态温度场和动态残余应力场。结果表明:加压的最佳时间在55~255s之间,焊接结构中最大残余应力多出现在熔合区附近,熔合区横向多为拉应力,最大值约212MPa。     

铝合金搅拌摩擦焊接头服役孔洞裂纹扩展规律研究

以不同尺寸孔洞缺陷的2024铝合金搅拌摩擦焊接头为研究对象,在对接头进行分区建模基础之上,通过试验和有限元数值模拟研究了接头孔洞大小对接头服役裂纹扩展的影响规律。研究表明,接头在准静态服役条件下,力学性能随孔洞减小而不断提高;孔洞直径减小至0.1 mm时,接头力学性能与无缺陷接头相同,断裂于热影响区;而当孔洞直径大于0.1 mm时,接头均断裂于含有孔洞缺陷的焊核区。在交变载荷服役条件下,接头疲劳力学性能随孔洞减小而不断提高,随孔洞增大对载荷的敏感性逐渐降低;断裂的瞬间断口会有温升现象且均断裂于有孔洞缺陷的焊核区。     

A357铝合金大型复杂薄壁构件的淬火温度场、残余应力及变形的有限元分析(英文)

基于ABAQUS软件,采用有限元模拟计算的方法对A357铝合金大型复杂薄壁构件的淬火过程进行研究。通过采用传统的反传热方法,对不同淬火介质在不同温度下的换热系数进行精确求解。精确的换热系数确保对A357铝合金大型复杂薄壁构件淬火过程中温度场预测的准确性。采用3种淬火介质(水、机油,5%-UCON淬火试剂A)。通过综合考虑淬火介质及温度因素,对薄壁构件的残余应力及变形的分布和大小进行有限元预测,得到构件淬火结束后的最大残余应力及变形。