6N01铝合金MIG焊接头疲劳裂纹扩展性能研究

研究了6N01铝合金MIG焊接头不同区域的疲劳裂纹扩展速率,对接头的宏观形貌、显微组织、显微硬度和疲劳断口进行了分析。结果表明,焊缝区为等轴树枝晶,接头热影响区主要由淬火区和过时效软化区组成。疲劳裂纹在焊缝中的扩展速率最高;热影响区内,应力值范围较低时,疲劳裂纹扩展速率低于母材,随着应力值范围的增加,其扩展速率高于母材。疲劳断口分析表明,裂纹在焊缝中以不规则和粗糙的脆性疲劳条纹形式扩展,而在热影响区则以塑性的疲劳条纹扩展,扩展抗力较高。     

高速列车用A6N01铝合金疲劳裂纹研究

通过疲劳试验研究了高速列车用A6N01铝合金疲劳裂纹的扩展。采用光学显微镜和扫描电镜分析了该铝合金的断口形貌和组织。结果表明,A6N01铝合金裂纹萌生于合金中的杂质和气孔处,裂纹扩展区存在疲劳裂纹,瞬断区具有较好的韧性。但合金的强度较低,疲劳试验时易断裂。     

A6N01S-T5铝合金厚板搅拌摩擦焊接头疲劳性能

对42 mm厚A6N01S-T5铝合金型材进行双面搅拌摩擦焊接,焊后沿焊缝横截面将接头分为上、中、下三层分别进行疲劳试验,探究其疲劳性能;通过金相组织观察、显微硬度测试、断口分析等方法分析接头疲劳断裂的原因。结果表明,接头疲劳断裂多发生在热影响区,上、中、下三层的疲劳极限分别为103.9 MPa、101.4 MPa和102.2 MPa;焊核区微观组织为细小等轴晶粒,热影响区组织形貌与母材接近,略有粗化现象;接头显微硬度分布呈W型,母材硬度约为108 MPa,焊核区约为75 HV,距离焊缝中心约10 mm的HAZ软化区硬度值最低,约为55~60 HV;疲劳源多为氧化物夹杂造成的应力集中诱发形成。     

7N01铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能

研究了在不同焊接参数的条件下,7N01铝合金搅拌摩擦焊接头的力学性能.结果表明,在特定的旋转频率和前进速度匹配条件下,下压量在0.3～1.0 mm范围波动,7N01铝合金搅拌摩擦焊接头的抗拉强度均能够稳定在340 MPa以上,达到母材的80%左右.通过扫描电镜观察断口发现,搅拌摩擦焊接头断口以韧窝型为主,在低倍下部分断口呈现出明显的分层现象,两层间分界部分呈现出阶梯状形貌.接头硬度测试表明,后退侧的平均硬度略高于前进侧,这也与拉伸测试中接头普遍断于前进侧的现象吻合.     

MIG焊叠加对6A01-T5铝合金FSW焊接头组织及性能的影响

研究了MIG焊叠加对6A01-T5铝合金FSW焊接头组织及性能的影响. 结果表明, MIG/FSW叠加焊缝熔合良好,叠加位置未出现气孔等缺陷,FSW焊核区及热影响区组织发生粗化,叠加位置附近微观组织出现明显改变;叠加区域硬度明显降低,尤其是FSW焊缝热力影响区和热影响区. FSW、中心叠加、前进侧热力影响区叠加和后退侧热力影响区叠加MIG焊接头的抗拉强度分别为219.8, 188.0, 195.4和191.4 MPa,MIG焊叠加降低了接头的抗拉强度,断口均表现韧性断裂特征;FSW焊接头及带有MIG叠加焊缝余高的三种接头中值疲劳强度分别为76.7, 65.0, 67.5和65.0 MPa,MIG焊叠加也使FSW接头的疲劳性能有所下降.     

7050铝合金FSW接头微区低周疲劳裂纹扩展行为

对5 mm厚铝合金7050搅拌摩擦焊接头微区进行了低周疲劳裂纹扩展试验,研究了焊核区、前进侧及后退侧热力影响区的疲劳裂纹扩展行为. 结果表明,焊核区的疲劳裂纹扩展速率最快,前进侧热力影响区次之,后退侧热力影响区最慢. 焊核区疲劳裂纹呈沿晶与穿晶混合方式扩展,热力影响区的裂纹主要以穿晶方式进行扩展. 裂纹偏转或裂纹产生分支是热力影响区疲劳裂纹扩展速率降低的原因. 疲劳裂纹扩展初期,焊核区断口有疲劳辉纹出现;热力影响区断口并没有找到疲劳辉纹,而是出现了轮胎压痕花样. 疲劳裂纹稳态扩展期,焊核区和热力影响区断口均有疲劳辉纹.     

6N01铝合金水冷MIG焊接头组织和性能

针对6N01铝合金熔化焊接头软化问题,研究了水冷对MIG焊接头组织和性能的影响,并与自然冷却条件下接头进行对比.金相试验结果表明,水冷使填充和盖面焊道部分熔化区变窄,焊缝近熔合线的柱状晶区变宽,焊缝内部等轴晶细化;显微硬度试验结果表明水冷条件下接头软化区范围明显变窄且硬度提高;软化区TEM观察显示水冷减少了β'析出相长大;水冷还提高了MIG焊接接头屈服强度和抗拉强度.结果表明,水冷能优化6N01铝合金MIG接头组织并提高力学性能.     

6061铝合金FSW接头与MIG焊接头对比试验

采用搅拌摩擦焊(FSW)和MIG焊分别对6061铝合金板进行了焊接试验,测试了焊接接头的强度,观察了焊接接头的金相组织,并进行了接头的硬度分布测试.结果表明,搅拌摩擦焊接头抗拉强度高达212.05 MPa,是母材抗拉强度的86％,比MIG焊的接头强度略高.焊接接头软化区宽度比MIG焊接头软化宽度窄.6061铝合金母材为典型的轧制组织,焊核区为细小的等轴晶组织,MIG焊接头焊缝为柱状晶组织.     

6N01-T5铝合金焊接接头疲劳断裂分析

为了确定6N01-T5铝合金挤压型材焊接接头发生疲劳断裂的原因,对6N01-T5铝合金型材及其焊接接头分别进行了疲劳试验,获得了它们的S-N曲线及条件疲劳极限.分析了接头的显微组织与力学性能,并对疲劳断口进行分析,得到了6N01-T5铝合金焊接接头的疲劳断口特征.结果表明,接头显微组织为-αAl与-αAl和Mg₂Si的伪共晶,主要缺欠为气孔;在热影响区与母材交界处存在一软化区,该软化区会引起静载断裂,但不是构件发生疲劳断裂的主要原因;位于焊缝表面焊接缺欠以及构件的表面状态是影响接头疲劳性能的主要原因.     

2024-T4铝合金FSW接头疲劳裂纹扩展行为及寿命预测

基于ABAQUS与FRANC 3D联合仿真的方法,对2024-T4铝合金搅拌摩擦焊接头预制裂纹于不同部位的紧凑拉伸试样进行裂纹扩展分析以及寿命预测,并深入分析不同部位裂纹扩展行为存在差异性的原因.结果表明,随着裂纹长度的不断延长,裂纹尖端应力强度因子随之增大,且裂纹向前扩展路径基本沿直线扩展,ABAQUS与FRANC 3D联合仿真方法分析不同部位的裂纹尖端应力强度因子和裂纹扩展路径的理论计算和试验结果基本吻合,验证了分区域进行联合仿真的模型精度满足要求.不同部位裂纹扩展试样寿命预测结果与试验结果的相对误差均在5%左右,对焊接接头分区域联合仿真进行寿命预测是准确可行的.裂纹位于不同部位的扩展试样断口处的疲劳辉纹间距不同导致预制裂纹于3个部位的疲劳寿命由低到高为：热影响区、垂直于焊缝方向、焊核区.     

搅拌摩擦焊和熔化极气体保护焊6082铝合金疲劳性能分析

对10 mm厚6082-T6铝合金进行搅拌摩擦焊(FSW)和熔化极气体保护焊(MIG焊)焊接,利用疲劳性能试验机、光学显微镜、扫描电子显微镜等手段对6082铝合金FSW和MIG焊接头的疲劳力学性能、微观组织、裂纹扩展特征、疲劳断口进行了分析. 结果表明,在疲劳寿命为2×106周次时,6082铝合金母材及其FSW和MIG焊接头的名义应力分别为126.3,110.2,84.2 MPa;在高应力水平下(Δσ=160 MPa),FSW接头疲劳寿命明显大于MIG焊接头、与母材的疲劳寿命相当. MIG焊疲劳断口均位于焊趾处,焊缝内的气孔缺陷为其主要裂纹源;FSW疲劳断口大多发生在轴肩边缘. 接头的微观断口具有准解理特征,断口中存在疲劳条纹和韧窝.     

搅拌摩擦焊AA7075-T651铝合金接头的疲劳裂纹扩展(英文)

研究12 mm厚AA7075-T651铝合金板搅拌摩擦焊接头的疲劳裂纹扩展行为。从搅拌摩擦焊接头以及母材中截取试样,对试样进行疲劳裂纹扩展实验。对搅拌摩擦焊接头以及母材的横向拉伸性能进行评估。用光学显微镜和透射电镜分析焊接接头的显微组织。用扫描电镜观察试样的断裂表面。与母材相比,焊接接头的ΔKcr降低了10×10-3 MPa·m1/2。搅拌摩擦焊AA7075-T651接头的疲劳寿命明显低于母材的,其原因可归结于焊缝区的析出相在搅拌摩擦焊接过程中的溶解。     

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能与疲劳断裂

文中主要对7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊焊接接头组织性能和疲劳断裂进行研究,对焊件进行金相组织、硬度、疲劳试验,并根据试验结果进行分析。试验结果表明,焊核区和热力影响区组织有明显的分界,整个接头表面和截面的不同区域的组织有明显的不同,焊核区经历高温热循环,并且受到强烈的搅拌作用,发生了显著的动态再结晶,组织均匀细小,没有明显的方向性。热力影响区组织在搅拌摩擦焊接过程中主要受到热循环作用的影响,同时一定程度上受到了机械外力的作用,产生了较小的塑性变形,但储能不够,最终未出现动态再结晶。热影响受到热循环的作用,组织比母材要粗大,但没有发生明显塑性变形,仍具有母材纤维组织的特点。硬度试验的结果表明,母材区和焊核区的硬度比较大,而热影响区的硬度偏低,热力影响区的硬度在它们之间。通过对疲劳试验分析,应力水平为200 MPa时,试样在前进侧热影响区发生断裂,断口的表面较为粗糙。应力水平为250 MPa时,试样在焊核区发生断裂,断口表面较为平整。应力水平为300 MPa时,试样在母材处发生断裂,断口表面十分平整。创新点： 通过搅拌摩擦焊工艺形成的7050-T7451铝合金焊接接头,成形良好,技术优势突出,适用于航天航空等多个重要领域。     

Effect of corrosive environment on fatigue property and crack propagation behavior of Al 2024 friction stir weld

In this investigation, 2024 aluminium alloy plates were friction stir welded, a sequence of experiments was performed including fatigue and crack propagation tests in air, under pre-corrosion and in a 3.5% NaCl solution, in combination with fractography analyses of near-threshold region, Paris region and finial fracture region with the aid of scanning electron microscopy (SEM). Results showed that the corrosive environment caused a dramatical decrease in fatigue lives of FS welds, the corrosion fatigue lives of FS welds were almost a half of those of the as-welded specimens. The crack growth rates in FS welds were higher than their counterparts in base materials, under the corrosive environment, the crack growth rate differences between base materials and FS welds become increasingly apparent with the increase of stress intensity factor range ΔK, but the pre-corrosion process had little effect on the FS welds' crack propagation behavior except for shortening the crack initiation lives greatly.     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头在拉伸过程中的裂纹扩展行为

对厚度为6 mm的7075铝合金进行搅拌摩擦焊(FSW)平板对接试验,利用MTS微控电子万能试验机对接头进行不同应变率下平板拉伸试验。分别使用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对接头断裂路径两侧的微观组织和断口形貌进行观察。在此基础上,使用透射电镜(TEM)对接头起裂源处的沉淀相形貌进行观察,研究应变率对接头断裂行为的影响。研究结果表明,随着应变率的增加,接头屈服强度与屈强比略有增大,不同应变率下的微裂纹均形核于接头底部母材(BM)与热影响区(HAZ)交界处。相比于椭圆状AlCuMg沉淀相和胶囊状Al2CuMg沉淀相,接头中棒状MgZn2沉淀相对微裂纹形核起关键作用。应变率较低时,裂纹在扩展过程中发生偏转;随着应变率的增加,接头裂纹走向平直,接头塑性降低,与加载方向的裂纹扩展角减小,断裂方式由以韧窝聚合型断裂为主转变为以剪切断裂为主。     

A6N01铝合金焊接接头疲劳损伤和断口形貌分析

采用高频疲劳试验机对A6N01铝合金MIG焊接试样进行低周拉伸疲劳试验,研究了A6N01铝合金焊接接头疲劳过程中表面形貌变化和疲劳断裂后的断口形貌。结果表明:随着循环应力的加载,在试样产生裂纹之前,晶界处位错塞积严重,产生永久滑移带,裂纹源萌生于永久滑移带。气孔、夹杂等缺陷处应力集中较大,也容易称为裂纹源。在裂纹扩展过程中,主裂纹对次裂纹的扩展具有屏蔽作用。裂纹在相邻的不同位向的晶粒中扩展时,裂纹扩展方向发生变化。A6N01铝合金焊接接头疲劳断口有较多浅显的韧窝,说明A6N01铝合金焊接接头具有良好塑性。     

Fatigue behavior of friction stir spot welded AZ31 Mg alloy sheet joints

The fatigue behavior of friction stir spot welded (FSSW) AZ31 magnesium alloy sheet joints was investigated by tension–compression of fatigue test. The results suggest that all the fatigue failures occur at the stir zone of the FSSW AZ31 sheet joints, and all cracks initiate at the stir zone outer edge between the upper and lower sheet. When the cycle force equals 1 kN, the crack propagates along the interface of heat-affected zone and thermo-mechanical zone, simultaneously across the direction of force; while the cycle force equals 3 kN, the crack propagates along the diameter of stir zone and shear failure occurs finally. Moreover, the transverse microsections indicate that there is a tongue-like region at the outer edge of stir zone between the two AZ31 sheets, and the direction of tongue-like region is toward outside of the stirred zone and all fatigue cracks initiate at the tongue-like region.     

2219铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀行为

采用晶间腐蚀试验和剥落腐蚀试验研究了2219铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀行为,结合金相显微镜、扫描电镜及能谱仪等分析手段研究了接头腐蚀后的表面形貌和腐蚀产物的成分,并对接头腐蚀机理进行了初步的探讨.结果表明,搅拌摩擦焊焊核区耐蚀性比母材高;腐蚀从点蚀开始,逐渐发展为晶间腐蚀和剥落腐蚀的全面腐蚀形貌;接头组织成分的均匀化,降低了材料形成局部腐蚀原电池的倾向,使得电位正向移动,接头耐蚀性增强.     

铝合金搅拌摩擦与MIG焊接接头疲劳性能对比试验

根据疲劳S-N曲线试验结果,对5A06铝合金搅拌摩擦焊(FSW)和MIG焊接接头的疲劳性能进行了初步比较,分析讨论了搅拌摩擦焊过程中所产生的焊接缺陷对其疲劳性能的影响.结果表明,在焊态下由于焊接接头几何形状等的影响,FSW的疲劳强度明显高于MIG焊接接头;对FSW焊缝根部的"吻接"缺陷(kissing-bonds)是降低FSW焊接接头疲劳寿命的主要因素,旋转搅拌工具在焊缝表面形成的多余飞边将对疲劳行为产生明显影响.