BFe10-1-1摩擦塞补焊接头组织及性能研究

采用顶锻式摩擦塞补焊方法对5 mm厚的BFe10-1-1铜镍合金进行匙孔补焊实验,探讨了不同主轴转速下塞补焊接头的微观形貌、显微硬度、温度场分布及其力学性能。结果表明:主轴转速对铁白铜塞补焊成形有重要的影响,随着转速提高,接头底部缺陷逐渐缩小,塞棒区金属摩擦流线明显,晶粒呈破碎细化特征,接头从上到下,热影响区范围缩小明显。由于细晶强化作用,塞棒区显微硬度高于母材,且塞棒上侧显微硬度高于中下侧。在转速为2 100 r/min时得到接头拉伸强度最高,达到母材78%。接头表现出韧性断裂特征,随着转速提高,接头弱连接缺陷逐步下移,并不断缩小。

6082铝合金轴肩辅助加热摩擦塞补焊接头组织及温度分布

采用轴肩辅助加热方法实现了5 mm厚6082铝合金板匙孔类缺陷摩擦塞补焊修复,分析了摩擦塞补焊接头的组织和力学性能。结果表明:接头焊核区为细小等轴晶,结合面区为过渡区,轴肩影响区分层明显,热力影响区晶粒发生弯曲变形,热影响区保留了母材板条状组织。接头显微硬度均高于母材,在厚度方向上存在各层异性;抗拉强度最高达285.7 MPa,为母材的92.2%,断口呈韧性断裂特征。焊接热输入和材料热塑性变形,是接头不同区域显微组织存在明显差异的根本原因。

低合金高强钢螺纹孔摩擦塞补焊修复接头的组织与性能研究

针对轨道车辆零件螺纹孔摩擦塞补焊修复工艺及性能进行了研究。在优化的塞孔/塞棒几何参数和焊接工艺参数下制备了无缺陷的焊接接头,并分析焊接接头的微观组织、拉伸性能、冲击韧性和疲劳性能。结果显示,当轴向压力过大,接头界面处会形成未焊合缺陷。在转速为7 000 r/min、轴向压力35 kN、顶锻压力40 kN、塞棒进给量18 mm的参数下,可以获得成形良好的无缺陷接头。靠近结合界面的微观组织主要为珠光体、铁素体和部分板条状贝氏体。焊缝中的微观组织为针状铁素体和大量晶界铁素体,以及少量的板条状贝氏体。焊接接头具有优良的力学性能,其拉伸性能与母材相当,室温拉伸试验中,接头断裂位置均位于母材;疲劳实验中,螺栓外螺纹总是先于修复螺纹孔内螺纹发生疲劳断裂,修补螺纹的500万次疲劳强度达到142 MPa。

铝合金拉拔式摩擦塞补焊技术研究进展

拉拔式摩擦塞补焊(Friction pull plug welding, FPPW)是一种固相焊接修补技术,在大径厚比中空结构的补焊方面具有明显优势。焊接过程中材料在熔化温度以下经历剧烈塑性流动,避免了熔化焊接可能带来的凝固缺陷,提升了补焊接头力学性能。但与传统摩擦焊工艺不同,FPPW是一种侧壁摩擦连接技术,在轴向拉力的作用下通过塞棒侧壁挤压试板形成冶金结合。焊接过程中摩擦界面附近温度、应力、应变等分布不均匀,极易产生未焊合或弱结合等焊接缺陷。对缺陷进行有效抑制是实现高质量FPPW的核心。本文从FPPW基本原理、接头成形行为、成形质量控制(接头几何形状设计、焊接工艺参数)、接头微观组织及力学性能等方面对高强铝合金FPPW研究现状进行综述,并进一步展望了FPPW技术未来发展趋势。

2219铝合金拉拔式摩擦塞补焊接头界面缺陷研究

本文研究了2219铝合金拉拔式摩擦塞补焊(Friction Pull Plug Weld,FPPW)接头界面组织形貌,结合仿真探讨了界面缺陷的形成原因,并分析了界面缺陷对接头拉伸性能的影响。结果表明,FPPW接头界面缺陷可分为弱结合与未焊合。弱结合以界面产生弯曲,且界面间隙中存在氧化物与富Cu相为特征;未焊合缺陷以存在平直界面为特征。FPPW接头界面缺陷由界面温度及应变分布不均所致。界面温度及应变分布不均表明塞孔侧壁热塑性金属流动性差异大,材料流动不充分,未能填充界面微区间隙,从而造成界面缺陷。当接头承受拉应力时,界面未焊合削减了接头有效承载面积,而弱结合处的析出相易引起应力集中,导致接头拉伸性能下降。

7075-T651铝合金摩擦塞补焊接头的组织与性能

以2219-T87铝合金为塞棒材料,采用摩擦塞补焊工艺对8 mm厚7075-T651铝合金进行焊接,并对不同工艺参数下接头的成形、微观组织、力学性能等进行观察和测试.结果表明,采用优化的工艺参数可以获得无缺陷的接头,塞棒和母材摩擦界面形成了等轴晶.根据组织形貌可以把摩擦塞补焊接头分成再结晶区、热力影响区、塞棒热力影响区、热影响区、塞棒热影响区和母材6个区,热力影响区组织发生了变形和长大以及沉淀相的溶解和粗化,局部发生了软化,尤其是塞棒热力影响区硬度值最低,在90~95 HV左右,拉伸试验时无缺陷的接头断裂位置在塞棒区,断裂模式为韧性特征.摩擦塞补焊接头抗拉强度最高可达343 MPa,断后伸长率最高达7.0%,分别达到母材的63.8%和77.8%.创新点:(1)通过研究7075-T651铝合金摩擦塞补焊工艺和组织结构探究了焊接缺陷的主要类型和形成原因.(2)揭示了摩擦塞补焊接头不同区域力学性能下降和微观组织形貌及沉淀相分布的关系.

2014铝合金搅拌摩擦焊缝的拉锻式摩擦塞补焊

采用拉锻式摩擦塞补焊方法对4mm厚的2014铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷进行了补焊,焊后对塞补焊接头的微观组织和拉伸性能进行了分析。研究结果表明,摩擦塞补焊接头分为焊缝区、热影响区和母材区三部分,焊缝由细小的等轴再结晶组织构成。选择合适的焊接参数和接头结构,塞补焊接头的抗拉强度可以达到330MPa以上,达到或超过搅拌摩擦焊接头强度。塞补焊接头微观硬度分析表明,塞补焊后接头焊缝区硬度较高,但整体硬度变化不大。

摩擦塞补焊技术研究现状及展望

搅拌摩擦焊接技术在航空航天等领域得到了广泛的应用,但焊接后一般会留有"匙孔",影响产品整体结构性能,需要相应补焊手段解决。传统的熔焊修补会降低接头力学性能。介绍了三种等强固相摩擦塞补焊技术,阐述焊接原理,分析技术特点,介绍目前国内外研究和应用进展,指出摩擦塞补焊技术是搅拌摩擦焊接技术体系的重要组成部分,具有广阔的应用前景。

铝合金搅拌摩擦焊缝摩擦塞补焊组织与力学性能

对2219-T87铝合金搅拌摩擦焊缝进行摩擦塞补焊工艺试验,对塞补焊接头的焊缝成形、显微组织、显微硬度和抗拉强度进行了观察和测试,对拉伸断口进行了扫描电镜观察.结果表明,在7500r/min的焊接转速和40~55kN的焊接压力下可获得无缺陷摩擦塞补焊接头;塞补焊接头沿垂直于搅拌焊缝方向的最大抗拉强度和断后伸长率分别可以达到336MPa和8%,分别相当于母材抗拉强度和断后伸长率的73.9%和66.7%;在母材和塞棒之间的底部结合面是最薄弱的区域,如何控制该区域的结合强度是影响摩擦塞补焊接头拉伸性能的关键因素.

LD10铝合金熔焊接头缺陷的拉锻式摩擦塞补焊

采用拉锻式摩擦塞补焊方法对4 mm厚的LD10铝合金熔焊接头缺陷进行了补焊,焊后对塞补焊接头的微观组织和力学性能进行了分析。研究结果表明,摩擦塞补焊接头分为焊缝区、热影响区和母材区三部分,焊缝由细小的等轴再结晶组织构成。选择合适的焊接参数和接头结构,塞补焊接头的抗拉强度可以达到310 MPa,达到或超过熔焊接头的强度。塞补焊接头断裂位置分析表明,塞补焊后接头多断裂于塞补焊焊缝外侧的熔焊区域。

2219-T87铝合金拉锻式摩擦塞补焊接头组织及性能

对6 mm厚的2219-T87铝合金板进行了拉锻式摩擦塞补焊试验,对焊接接头的微观组织、显微硬度、抗拉强度及拉伸断口进行了观察与测试.结果表明,采用优化的摩擦塞补焊工艺可实现2219-T87铝合金母材和2219-T87铝合金塞棒的冶金连接.拉锻式摩擦塞补焊过程中,塞棒承受拉应力,应优化接头设计和焊接工艺参数从而防止塞棒被拉断.未焊合是接头的主要缺陷,易出现在接头的近上表面处.焊缝区发生明显软化,最低硬度出现在靠近连接界面的塞棒热力影响区,最低值为84.4 HV.接头的抗拉强度可达326.4 MPa,断后伸长率可达4.45%,抗拉强度和断后伸长率分别为母材的71.7%和44.5%,拉伸断口呈韧窝形貌.

补焊技术的新突破——摩擦塞补焊

摩擦塞补焊(FPW)是一种新型的固相修补焊接技术,具有接头质量高、缺陷少、变形小等优点。详细阐述了摩擦塞补焊焊接原理和技术特点,介绍了国内外研究现状,分析了塞孔/塞棒结构尺寸和摩擦压力、摩擦时间、进给速度等工艺参数对接头的影响,总结了摩擦塞补焊典型的缺陷形式和产生原因。

2014铝合金拉锻式摩擦塞补焊接头微观组织及力学性能

采用拉锻式摩擦塞补焊方法对4mm厚的2014铝合金进行了焊接,焊后对接头的微观组织和力学性能及断裂特性进行了分析。研究结果表明,摩擦塞补焊接头由焊缝区、热影响区和母材这3部分组成,焊缝由细小的等轴再结晶组织构成。力学试验表明:摩擦压力、摩擦时间、塞棒/塞孔配合角度以及工进速度均会影响接头质量,选择合适的焊接参数和接头结构,塞补焊接头的抗拉强度可以达到375MPa,约为母材强度的79%。断口形貌分析显示,接头断裂模式为塑性断裂。

塞棒材料对铝合金摩擦塞补焊接头组织及拉伸断裂行为的影响

分别采用2A14-T6和2219-T87铝合金塞棒对6mm厚2219-T87铝合金板进行摩擦塞补焊实验,利用数字图像相关方法观测塞棒材料对拉伸过程中接头变形及断裂行为的影响,同时对两种接头的微观组织、显微硬度及拉伸断口进行观察与测试。结果表明:两种接头的组织特征相似,但2A14-T6接头的塞棒热力影响区发生部分再结晶的区域比2219-T87接头宽;塞棒材料对接头抗拉强度影响不大,但对伸长率影响显著,2219-T87接头抗拉强度可达346.2MPa,伸长率为5.76%;2A14-T6接头的抗拉强度可达351.2MPa,伸长率为3.54%;2219-T87接头的变形主要集中在软化的塞棒区和塞棒热力影响区,而2A14-T6接头的变形主要集中在软化的热力影响区和热影响区;再结晶区和接头软化区是整个接头的薄弱区,拉伸断口呈韧窝形貌。

2219-T87铝合金TIG焊缝摩擦塞补焊接头组织及性能

采用摩擦塞补焊工艺,对8,mm厚的2219-T87铝合金TIG焊缝进行焊接实验,采用光学显微镜、扫描电子显微镜观察接头的焊缝成型、显微组织和强化相转变,通过硬度测试、拉伸试验、断口观测研究接头的力学性能和断裂特征.结果表明:摩擦塞补焊接头可分为塞棒区、塞棒热力影响区、再结晶区、热力影响区、热影响区和母材区/TIG焊缝区6部分;接头热影响区和热力影响区的强化相粗化,发生局部软化,垂直于TIG焊缝方向的最低硬度(95.1,HV)出现在热力影响区,平行于TIG焊缝方向的最低硬度(75.3,HV)出现在热影响区;接头的抗拉强度可达321.3,MPa,断后伸长率可达2.8%,,分别为母材的72.2%,和28.0%,;拉伸试样断裂位置为热力影响区,断口呈剪切韧窝,属于塑性断裂.

6082铝合金摩擦塞补焊接头微观组织与性能

在不同的焊接转速下,对5 mm厚的6082铝合金进行顶锻式摩擦塞补焊实验研究,分析了塞补焊接头的金属流动性、微观组织、第二相分布、温度场、力学性能、显微硬度以及断口形貌特征。结果表明:塞补焊接头截面上层金属流动性明显优于下层;焊缝根部受摩擦热最低且金属流动性差,使其成为整个塞补焊接头的薄弱区;在摩擦界面区,塞棒大量细密的等轴晶穿插进母材板条状的晶粒中,实现了塞补焊接头的紧密连接;焊接接头不同区域β(Mg 2Si)相的大小、数量及方向均有不同程度的变化;在焊接转速2200 r/min下,焊接接头力学性能最好,接头抗拉强度达到母材的75%以上,断后伸长率达到了母材的64%以上;焊接接头断裂在塞孔与塞棒之间的摩擦界面区,裂纹从焊缝根部弱连接区域起裂并向焊缝表面扩展,断裂方式为韧性断裂;整个塞补焊接头母材侧热机影响区和热影响区结合处软化最为严重,硬度值在(60±5)HV之间。

2219铝合金FSW焊缝摩擦塞补焊接头性能分析

采用顶锻式摩擦塞补焊方法,对8 mm厚2219-T87铝合金FSW焊缝进行了摩擦塞补焊试验研究,深入探讨摩擦塞补焊接头的微观组织、常温和低温力学性能、硬度及断口形貌变化特征.结果表明,摩擦塞补焊接头具有明显的组织不均匀性,主要由塞棒区、塞棒热力影响区、再结晶区、母材热力影响区、热影响区和母材区组成;母材热力影响区晶粒具有显著变形特征,其硬度最低为85 HV,是整个接头的薄弱部分.摩擦塞补焊接头的常温和低温抗拉强度均达到FSW接头的80%以上,断后伸长率达到70%以上,其断裂模式为韧性特征.

异种铝合金摩擦塞补焊工艺与组织性能

采用顶锻式摩擦塞补焊方法,以2219-T6铝合金为塞棒材料,分别对8mm厚2024-T3和7075-T6两种铝合金FSW接头进行了摩擦塞补焊试验研究,深入探讨了不同焊接压力下塞补焊接头的微观组织、显微硬度、力学性能及断口形貌特征.结果表明,塞棒和母材或FSW焊缝是由等轴晶进行过渡,获得了紧密结合的接头,热力影响区和热影响区晶粒发生长大.整个塞补焊接头塞棒区软化最严重,硬度在85~95HV之间.2024铝合金塞补焊接头抗拉强度和断后伸长率分别达到了母材的70%和65%以上,7075铝合金塞补焊接头抗拉强度和断后伸长率分别达到了母材的62%和48%以上.塞补焊接头断裂模式为韧性特征.

几何参数对2219铝合金拉拔式摩擦塞补焊接头微观组织及力学性能的影响

拉拔式摩擦塞补焊是火箭贮箱制造过程的重要技术之一。研究8 mm厚2219-T87铝合金拉拔式摩擦塞补焊接头的几何形状及其对接头微观组织和力学性能的影响。结果表明:塞孔及成形环几何形状对接头界面结合质量有重要影响。当焊接工艺参数为7000 r·min^(-1)主轴转速,35 kN轴向拉力以及16 mm轴向进给量时,使用锥直孔塞孔可有效防止塞棒在焊接过程中发生颈缩,从而消除接头未焊合缺陷;使用阶梯孔形成形环可以改善接头界面受力状态,防止弱结合缺陷产生。微观组织分析表明,毗邻结合界面的母材侧组织发生动态再结晶,热机械影响区组织发生明显塑性变形。接头附近组织受焊接热循环和塞棒旋转挤压作用发生明显软化,硬度最低值出现在热机械影响区,约为90HV。当接头存在焊接缺陷时,接头抗拉强度及伸长率较母材大幅降低,而无缺陷焊接接头的抗拉强度及伸长率分别为360.1 MPa和6.45%,接头系数为0.828,断裂方式为韧性断裂。

2219铝合金拉锻式摩擦塞补焊工艺研究

针对6~8mm厚2219–T87铝合金拉锻式摩擦塞焊工艺进行了研究。结果表明,塞棒/塞孔及砧板成形孔结构及轴向载荷、焊接转速、进给速度等焊接工艺参数均对焊接质量有重要影响。采用圆弧形塞棒、圆柱形塞孔、阶梯锥形底孔的砧板能够改善塞孔附近材料的流动方向和受力条件,进而消除未焊合缺陷。焊接转速7000r/min、焊接压力20~30kN、轴向拉锻力20~30kN、进给速度1.5mm/s是较优的焊接工艺范围。焊接接头中母材侧的热力影响区软化最为明显,硬度值为79.9HV。在优化参数下,焊接接头的抗拉强度可达365MPa,延伸率6%。