新型热处理工艺对搅拌摩擦焊接头性能的影响

为了抑制焊后热处理过程中搅拌摩擦焊(FSW)接头晶粒异常长大(AGG)现象的发生、保证接头的强韧性,提出固溶-变形-时效一体化的新型焊后热处理工艺。该工艺以2024-O铝合金FSW接头为研究对象,在450℃保温40min后水淬至室温,然后冷拉伸变形,并于190℃人工时效处理。经光学显微镜观察发现,450℃固溶处理能够显著抑制接头AGG现象的发生。固溶后冷变形结合后续人工时效处理工艺,接头力学性能明显改善,接头显微硬度和强度随着冷变形量的增加而不断提高,当变形量为10%时,接头的硬度和强度值达到最大。由于接头没有发生AGG,焊缝细小的等轴晶和析出相使得新型焊后热处理FSW接头的强度、硬度和塑性均高于传统固溶时效热处理接头。

S线对搅拌摩擦焊热处理接头力学性能的影响

S线作为搅拌摩擦焊一种典型焊接缺陷,对接头的力学性能影响较大。本文通过光学显微镜和扫描电镜观察,硬度测试和拉伸试验等方法,研究了S线的形成机制,并分析了其对2024-O铝合金搅拌摩擦焊接头组织演变及力学性能的影响规律。结果表明:在氧化层未去除的情况下,焊态接头未观察到S线,但随着焊后热处理温度升高,S逐渐显现并愈加明显。而对于去除表面氧化层的接头,无论是焊态还是热处理后均未观察到S线。焊后热处理温度较低时,S线对接头拉伸性能没有影响。然而,495℃固溶人工时效处理后,S线会显著降低接头的拉伸性能,抗拉强度相比无S线接头下降了17%,伸长率下降了94%。

铝合金FSW拼焊板塑性变形规律研究

铝合金搅拌摩擦焊拼焊板焊缝各区力学性能的差异导致拼焊板成形时严重的不均匀性,降低了拼焊板的成形性能,极大地限制了铝合金拼焊板的应用。以2024铝合金搅拌摩擦焊拼焊板为研究对象,通过实验和有限元模拟系统研究接头力学性能失配对铝合金拼焊板塑性成形性能的影响规律和机理。对铝合金搅拌摩擦焊接头进行金相检验和硬度测试,根据接头组织及硬度分布特征,将搅拌摩擦焊接头划分为焊核区、热机影响区、热影响区以及母材区4个部分,以此建立搅拌摩擦焊接头的有限元模型,并对接头变形过程中的约束与协调变形规律进行分析。接头变形时拉伸应力在屈服应力最小的区域最低,在屈服应力较大的区域相应升高,且在接头中存在失配比交界处都会发生突变。从形变能的角度分析,这主要是由于力学性能失配而导致变形不协调及相互约束,表现在接头拉伸性能上就是屈服强度及屈服位置、抗拉强度、延伸率随接头各区失配比组合的差异。

铝合金搅拌摩擦焊接头服役孔洞裂纹扩展规律

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。

铝合金高速FSW热输入模型及焊缝峰值温度研究

将焊接速度大幅度提升至1000 mm/min,在不同焊接转速下(1000~1900 r/min)对3 mm厚退火态7075铝合金薄板进行搅拌摩擦焊接实验,并用高精度红外热像仪测量焊缝温度,研究了焊接转速对焊缝峰值温度、焊缝外观以及接头组织的影响规律。发现当转速低于1600 r/min时,随着转速的升高,焊缝峰值温度逐渐升高,在1600 r/min时达到最高,接近500℃。1600r/min以后,峰值温度在480~495℃之间波动,并有轻微下降的趋势。这一结果与已有热输入模型及焊缝峰值温度公式不相符合。此外,综合考虑焊缝表面以及接头微观组织,发现当转速在1400,1500,1600 r/min时,焊接质量达到最佳。对材料摩擦机制进行分析,发现摩擦系数随焊接转速和焊接温度的变化而变化,从而在热输入模型中引入摩擦系数变量,最终建立了稳态焊接时峰值温度与焊接转速的关系公式。

材料性能对搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

对2.88mm厚2024-O和2024-T6铝合金进行搅拌摩擦焊实验,并对2024-O接头进行焊后T6处理,研究材料性能对铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响。结果表明:所有焊态接头试样分为4个区,即焊核区、热机影响区、热影响区和母材,焊后T6处理接头焊缝部分发生异常晶粒长大,而且焊后T6处理高焊速接头出现了"S"线缺陷。2024-O接头焊缝硬度高于母材,而2024-T6接头焊缝硬度低于母材,2024-O接头T6处理后焊缝和母材硬度趋于一致。拉伸试验中,2024-O接头焊后T6处理无缺陷接头的抗拉强度相对2024-T6焊态接头高,说明2024-O接头焊后热处理能很好地提高接头强度。