2A12/6061异种铝合金TIG搭接接头的疲劳性能

对3 mm厚的2A12/6061异种铝合金板材进行搭接钨极惰性气体保护焊(TIG),利用光学显微镜、显微硬度仪、扫描电镜和疲劳实验机等对接头的疲劳性能进行分析。在实验结果的基础上,对搭接试样建立有限元模型,采用热点应力法预测接头的疲劳寿命,并与实验结果进行比较。结果表明:焊缝区组织为均匀的等轴晶,2A12侧焊缝与母材熔合较差,且与母材强度差异较大,导致2A12侧焊趾处更容易产生冶金缺陷和较大的应力梯度,进而加速疲劳裂纹的萌生;在不同载荷水平下,试件断裂位置均位于强度差异较大的2A12侧焊趾处,呈脆-塑性复合断裂特征,焊趾处冶金缺陷及焊缝局部强度差异为影响接头疲劳性能的主要因素。寿命预测结果表明:采用考虑板厚效应的热点应力法预测寿命准确,误差在两倍误差带内,采用IIW推荐的FAT40 S-N曲线是安全可靠的。

焊接参数对异种铝合金搅拌摩擦焊公差容限的影响

为了研究焊接参数对异种铝合金搅拌摩擦焊公差容限的影响,采用显微硬度测试、拉伸力学性能测试、扫描电子显微镜(SEM)等分析测试手段研究了不同焊接工艺参数下的A356与AA6061异种铝合金搅拌摩擦焊焊接头的力学性能及组织。结果表明,工件间隙从0 mm增至1 mm,焊接头抗拉强度显著下降,并产生肉眼可见的焊接缺陷;搅拌头规格保持不变,将焊接速度从120 mm/min降至80 mm/min,可促进材料流动从而提高对工件间隙的容限;搅拌针直径从4 mm增至6 mm,可提高焊接的公差容限,且材料融合程度明显提高,不再出现分层现象。

2219/5A06异种铝合金脉冲VP-TIG焊工艺

为了获取最优的焊接接头性能,采用脉冲VP-TIG焊方法,对5.5 mm厚的2219-T87和5A06-H112异种铝合金进行单层单道对接试验,设计了5种工艺参数3个因素水平的L_(27)(3^(9))型正交试验,同时考虑3种因素间的交互作用,分析各因素对接头抗拉强度的影响,结果显示工艺参数对接头性能的影响从主到次依次为:焊接速度-坡口角度-峰值电流-脉冲频率-送丝速度;通过正交优化,获得了理想的无缺陷焊接接头,对优化后焊接接头的力学性能、微观组织与腐蚀性能进行试验.结果表明,接头断裂沿着2219侧熔合线附近最大应变处发生,该位置是整个接头中硬度最低的区域,2219侧熔合线和焊缝耐蚀性最差,是点蚀优先发生的位置.

6061/5052异种铝合金钨极惰性气体保护焊接头的组织与性能

制备了6061/5052异种铝合金钨极惰性气体保护焊(TIG)接头,研究了接头的显微组织、晶粒尺寸、硬度、抗应力腐蚀性能和预腐蚀疲劳性能。结果表明:6061铝合金母材,焊缝和5052铝合金母材的平均晶粒尺寸分别为38.42,47.13,41.17µm;母材区显微硬度高于热影响区和焊缝区,硬度最小值(51 HV)出现在6061铝合金侧热影响区;接头在NaCl溶液和空气中应力腐蚀后,断裂位置均在6061铝合金侧距焊缝中心14 mm处,在NaCl溶液中的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率略高于在空气中,抗应力腐蚀性能略强;随着NaCl溶液中HCl含量增加,焊接接头的晶间腐蚀深度增加,疲劳寿命缩短,断裂位置由焊缝区向5052铝合金母材转变。

异种铝合金搅拌摩擦焊搭接工艺试验研究

对尺寸分别为200mm×90mm×2.5mm和200mm×90mm×2.8mm的6061-T6和2024-T4铝合金板材进行搅拌摩擦搭接焊,固定焊接速度为100mm/min,调节搅拌头转速分别为400r/min、600r/min和800r/min。结果表明:当转速为600r/min时,焊缝表面最为光滑;随着搅拌头转速的增加,可以看到界面处6061和2024铝合金的混合程度明显增大;与母材相比,焊核区晶粒细小且分布均匀,焊核区下部比上部晶粒更加细小,推测与焊核区下部材料受到搅拌作用更为强烈有关;随着搅拌头转速的增大,接头失效载荷先增大后减小,当转速为600r/min时,失效载荷达到最大值;搅拌头扭矩及轴向力随着转速的增大而减小。

异种铝合金零倾角搅拌摩擦焊接头组织性能研究

采用零倾角搅拌摩擦焊工艺对6061T6和2024T4铝合金进行焊接,研究了不同焊接速度焊接接头的组织和力学性能。结果表明:零倾角搅拌摩擦焊接接头截面中部为焊核区,两侧为热机械影响区、热影响区和母材,焊核区可见明显的“S”线。接头的母材组织为长条状α铝晶粒,焊核区为细小的等轴晶,热机械影响区呈弯曲变形的晶粒,热影响区组织与母材组织类似。接头截面硬度分布呈“W”形,最低硬度位于热机械影响区和热影响区结合处。随着焊接速度的增大,焊核区硬度值呈增大趋势,同时接头软化区范围逐渐缩小。接头的抗拉强度随着焊接速度的增大呈先增后减的趋势,而伸长率却呈现逐渐降低的趋势。焊接速度为900 mm/min时的强度最高,为263.62 MPa,接头断口为典型的韧窝状断口。

2024-T351/5083-H112异种铝合金搅拌摩擦焊接头低周疲劳性能

采用搅拌摩擦焊对2024-T351和5083-H112异种铝合金进行了对接焊,分析了母材相对位置(前进侧和后退侧)对接头成形、微观组织、循环变形行为和疲劳寿命的影响。结果表明:搅拌区上部几乎被后退侧母材所覆盖。当焊接工艺参数相同且2024-T351位于前进侧时,搅拌区塑性金属流动更充分,形成无缺陷接头。接头硬度在2024-T351和5083-H112两侧呈现高度非对称性。当5083-H112位于前进侧时,接头的滞后回线面积大于其位于后退侧;当加载的总应变幅为0.3%、0.4%和0.6%时,接头表现出明显的循环硬化。当2024-T351铝合金位于前进侧时,接头的疲劳寿命大于其位于后退侧;当总应变幅为0.2%时,接头疲劳断口中存在周期变化结构,该结构内部存在韧窝和撕裂棱;当总应变幅为0.6%时,疲劳断口中发现大量韧窝,与拉伸断口相似。

异种铝合金氩弧焊接头的疲劳性能分析与寿命预测

采用MTS809材料试验机对6061铝合金与7075铝合金异种金属氩弧焊对接接头进行了恒幅疲劳测试,并使用TESCAN VEGA3扫描电镜观察了典型试件的疲劳断口.结果表明:保留余高的试件疲劳寿命要高于去除余高的疲劳寿命,疲劳试件的断裂位置位于焊缝中间部位.分别采用缺口应力法和线弹性断裂力学法对两种焊接接头进行了疲劳寿命预测,其预测寿命与实验寿命基本在3倍误差带之内.两种方法对去除余高的焊接接头的预测结果优于保留余高的预测结果.

异种铝合金焊接研究现状及展望

汽车轻量化应用过程中存在大量异种材料连接,针对国内外不同预制工艺、焊接工艺条件下异种铝合金TIG、MIG、激光焊接、搅拌摩擦焊接头的显微组织、性能及预测模型等相关研究进行综述和展望。异种铝合金激光填丝、激光复合CMT、铆接复合胶粘在薄板焊接领域具有广阔的前景,且通过微合金化及纳米颗粒化对焊丝成分进行调控是改善高强铝合金熔焊接头强度的有效方法。搅拌摩擦焊是2系/7系铝合金高质量连接的主要方法,且类似搅拌摩擦点焊、预制燕尾槽、预制孔中增加纳米颗粒、刀具偏移等新工艺可以为局部铝/钢,铝/铜,铝/碳纤维等其他异质材料高强度连接起到有效促进作用。

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。

异种铝合金搅拌摩擦焊工艺研究

研究了7075/5083异种铝合金搅拌摩擦焊接头形貌及拉剪强度。采用光学显微镜对接头微观组织进行分析,研究发现焊接接头呈非对称分布,前进侧材料混合更加充分,后退侧界面附近存在孔洞缺陷;整个横截面可以分为母材、热影响区、热机影响区和焊核区,焊核区存在洋葱环形貌。拉剪实验结果表明,随着旋转速度的增加,接头的拉剪强度提升,但是由于接头存在孔洞缺陷,最高拉剪强度仅有120 MPa。

2A12/6061异种铝合金搅拌摩擦连接工艺参数优化

以10mm厚的2A12/6061异种铝合金板作为实验研究对象,以搅拌头转速(A)、连接速度(B)、下压量(C)为变量因素,通过试验测量其抗拉强度,利用响应面法建立数学模型分析不同连接工艺参数下对连接区抗拉强度影响。分析得到下压量对连接区抗拉强度影响最大,前进速度对连接区抗拉强度的影响相对其他两种工艺参数较小,通过该方法计算出在试验的工艺参数范围内,3种工艺参数均存在最优值,在A=588rpm、B=459mm/min、C=0.184mm的工艺参数下得到抗拉强度为252MPa,随着偏离最优值抗拉强度均会下降。

A356/6061异种铝合金搅拌摩擦的数值模拟

本文在基于Abaqus仿真软件的基础下,利用耦合欧拉–拉格朗日(CEL)方法研究了A356/6061异种铝合金在不同焊接参数下其温度场的影响,结果发现焊接转速越大其温度峰值越高,而焊接速度对其温度峰值影响很小,低焊速却会使较低熔点的铝合金过早出现融化现象,造成焊接缺陷。本文也为后续A356/6061异种铝合金的研究提供了帮助。

5083/6005A异种铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能

采用不同的工艺参数对5083-OT与6005A-T6铝合金进行搅拌摩擦焊焊接。通过金相分析、XRD分析、拉伸性能等方法,研究焊接速度、轴肩直径及搅拌头偏移量等参数对5083/6005A异种铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响。结果表明:5083/6005A异种铝合金搅拌摩擦焊界面无明显脆性金属间化合物生成;焊核区组织发生动态再结晶,形成细小的等轴晶组织;前进侧热机影响区受到的机械搅拌作用力大于后退侧,晶粒变形大于后退侧热机影响区;热影响区组织仅受到热循环的作用,晶粒有粗化现象;随着偏移量的增加,使得焊核区和后退侧热机影响区硬度值降低,最低值出现在6005A侧热影响区,其抗拉强度、屈服强度、延伸率均逐渐减小,当焊接速度为600 mm/min、轴肩直径为12 mm、偏移量为0 mm时接头性能最好:抗拉强度为245 MPa,屈服强度为165 MPa,延伸率为5.67%。

异种铝合金搅拌摩擦焊材料流动行为研究

采用异种铝合金交替排列的方法,研究了搅拌摩擦焊接过程中材料的变形和流动行为。结果表明:采用垂直焊缝交替排列的焊缝表面形成了两套弧纹,其中粗大弧纹是由于在焊接方向上两种铝合金交替排列而产生的周期性变化所致;受焊速和转速的影响,材料在前进侧流动剧烈且混合均匀,而后退侧因材料流动较弱仍与母材保持连续分布状态;由于材料塑性变形程度的差异,在轴肩影响区、搅拌针影响区和母材之间形成了明显的分界面。

异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头的显微组织与硬度研究

采用搅拌摩擦焊对异种铝合金6061-T6(上板)和A356-T6(下板)进行搭接焊,用体式和光学显微镜观察搭接接头的组织形貌,并测试其显微硬度。结果表明:在适当的工艺参数条件下,可以获得表面成形良好、内部无明显缺陷的搭接接头。在焊核区,两板间存在明显的界面,且位置较原位置整体上移,前进侧界面处呈锯齿状,界面由两种铝合金组织交替镶嵌而成,而后退侧界面则呈曲线状。两板均呈现典型的搅拌摩擦焊接头组织:焊核区由细小的等轴晶组成,而热影响区组织与母材相似,晶粒有细微粗化,热机影响区晶粒被拉长、弯曲,有明显的塑性流动。两板焊缝区显微硬度比各自母材均有不同程度的降低,且上板6061-T6降低幅度较大,焊后最大硬度约为母材的65%。

A356-T6/6061-T6异种铝合金搅拌摩擦焊的工艺研究

通过对6 mm厚的A356-T6/6061-T6异种铝合金的搅拌摩擦焊工艺试验研究,采用OM、SEM、万能拉伸试验机、显微硬度仪等分析了母材位置、焊接速度对接头组织和性能的影响。研究结果表明:当旋转速度为1 000 r/min、焊接速度为100~400 mm/min时,均可获得内部无明显缺陷、外观良好的异种铝合金接头;A356-T6铝合金置于前进侧时有利于材料的迁移,焊缝区组织由典型的焊核区、热机械影响区和热影响区特征组织组成,焊核区域晶粒由表层向底层逐渐细化;接头拉伸性能随焊接速度的增加而增大;焊接速度较低时,A356合金位于前进侧有利于获得强度更高的接头,而焊接速度较高时,6061位于前进侧有利于获得高性能接头,且接头的屈服强度和延伸率均较A356位于前进侧时高;无论A356还是6061置于前进侧,接头的断裂位置均位于A356侧热影响区,与母材放置位置无关,这与焊缝硬度最小值区位置相吻合。

不同形状搅拌头异种铝合金搅拌摩擦焊接头的性能

利用圆柱螺纹和三棱柱螺纹搅拌头对2024-T3与7075-T6铝合金进行了搅拌摩擦对接焊,并对焊缝的宏观形貌、硬度以及接头的拉伸性能、断口形貌进行了分析。结果表明:搅拌头转速为1 100r·min-1和焊接速度为80mm·min-1时的焊缝中无隧道类缺陷,且三棱柱螺纹搅拌头使得两种材料融合得较好,搭配方式为AS(2024)-RS(7075)的接头抗拉强度达到了260MPa,断裂位置为2024-T3铝合金的TMAZ区;搅拌头转速为1 100r·min-1和焊接速度为120mm·min-1且搭配方式为AS(2024)-RS(7075)时,圆柱螺纹搅拌头对应焊缝的硬度最小,仅为107HV,且拉伸断口上的韧窝数量最少、深度最浅,抗拉强度也最低,为78MPa。

焊后时效对异种铝合金搅拌摩擦焊接头的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、万能力学试验机、显微硬度仪等表征分析了焊后时效工艺对A356-T6/6061-T6异种铝合金搅拌摩擦焊接头的影响,并讨论其影响机制。结果表明,人工时效有利于提高接头的抗拉强度和屈服强度,但延伸率有所下降。当时效温度为165℃、时效时间5 h时,接头抗拉强度和屈服强度分别达285、240 MPa,约为A356-T6母材的96.6%和90%,比未人工时效接头强度提高35.7%和60%,延伸率下降40%。焊后人工时效对整个接头的硬度都有一定的提高作用,焊缝各区提高幅度不一致,改变了焊缝区的硬度分布格局,导致低硬度区和断口位置由返回侧热影响区向前进侧转移。人工时效能有效降低第二相的面积分数和颗粒尺寸,提高第二相的圆整度。但保温温度过高和时间过长,均可能导致第二相面积分数的提高和粗化。

ZL101A和LF6异种铝合金的脉冲交流TIG焊工艺

ZL101A与LF6异种铝合金悬空对接焊时,往往存在熔合不良、成形差、气孔等问题,采用铝镁焊丝ER5356和脉冲交流TIG焊接方法对其进行焊接工艺研究。焊接前对母材进行化学清洗和时效处理,在适当的焊接参数下,采用背面氩气保护和背面开坡口的措施可以有效地解决背面成形差和气孔问题,获得良好的焊缝成形;焊缝和接头的拉伸强度分别达到了ZL101A母材的77%和71%,满足性能要求;焊缝区为细小的胞状枝晶,主要成分为铝,几乎不含有Si元素,且Mg元素少量富集于晶界。最后实现了优质的ZL101A与LF6异种铝合金筒体的焊接。