2198-T3S铝锂合金组合工艺搅拌摩擦焊接头组织性能分析

为探究搅拌摩擦焊(FSW)焊接铝锂合金板材的最佳工艺参数,采用圆柱形螺纹搅拌头,焊前对板材背面开槽,在保持焊接速度不变的情况下对2198-T3S铝锂合金板材进行不同转速下的焊接组合工艺实验,焊后对接头进行了微观组织分析与力学性能测试。研究结果表明:采用组合工艺后焊缝的根部未出现弱连接缺陷;随着转速的提高,焊缝内部的缺陷消失,焊核区的晶粒呈粗大化趋势,第二相回溶,使焊缝的力学性能呈现“先升后降”的趋势。在最优组合参数下接头的抗拉强度和屈服强度分别为359 MPa(母材的81.5%)和248 MPa(母材的77.5%)。同时,转速的提高使焊缝的断裂方式发生了改变,由脆性-韧性混合断裂向韧性断裂转变。

2219-T6静轴肩辅助搅拌摩擦焊组织与性能分析

为探究安装外部静止轴肩对搅拌摩擦焊接头成形和力学性能的影响,采用自主研制的外部静止轴肩辅助搅拌摩擦焊(Non-Rotational Shoulder Assisted Friction Stir Welding,NRSA-FSW)焊具对2219-T6铝合金4 mm厚板材进行对接焊试验,观察焊后接头表面成形情况.采用拉伸和显微硬度试验对焊缝的力学性能进行测试,并与相同焊接参数下的搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)进行对比分析.使用金相显微镜和场发射扫描电镜对接头焊缝组织进行分析.结果表明,由于静止轴肩的平动刮擦作用,NRSA-FSW相比FSW,接头表面更加光滑,无鱼鳞纹、飞边以及接头减薄现象.NRSA-FSW接头相比于FSW接头软化区有所增加,接头显微硬度分布更加均匀.NRSA-FSW接头平均抗拉强度323 MPa,达到母材的72%,抗拉强度同FSW相近.NRSA-FSW焊核呈"U"状,焊缝组织无缺陷.接头拉伸试验在焊核区(Nuggest-Zone,NZ)处断裂,为韧性断裂.

不同应力水平下铝铜合金搅拌摩擦焊接头的蠕变时效行为

蠕变时效成形(CAF)在航空航天领域有着广泛的应用。但是,蠕变时效过程中复杂的应力状态对搅拌摩擦焊(FSW)制造的超大型尺寸构件成形是一个巨大的挑战。为了更好地制定并优化这类构件的蠕变时效成形工艺,需要系统地研究应力对焊缝组织性能演变的作用规律。本文系统地研究了不同应力水平下厚板铝铜合金搅拌摩擦焊接头的蠕变行为和微观组织演变规律。结果表明,随着外加应力的增大,焊缝的蠕变行为变化较母材更敏感。当应力增加到接近初始焊缝的平均屈服强度时(140 MPa),焊缝的蠕变量与强度都得到了显著提高。同时,在厚度方向上焊缝的蠕变行为存在差异,这与焊核区内部的不均匀梯度组织有着密不可分的联系。研究结果显示,焊核区沿厚度方向从上到下晶粒尺寸逐渐减小,而局部应变和位错密度逐渐增加,这使得焊缝底层在蠕变时效过程中表现出较高的蠕变量和稳态蠕变速率。随着外加应力的提高,焊缝蠕变时效后各区域内析出相的尺寸逐渐减小。此外,在相同的应力水平下,蠕变时效后焊核区内部的析出相形貌和尺寸分布自上而下发生了变化。其中,焊核区的上层与中层分布着大量的细小θ"相,而较大尺寸的θ'相分布在焊核区底层。因此,可以通过寻求合适的预处理工艺来增加焊缝的初始位错密度,进而提高接头的蠕变性能。

铝电解槽盖板结构优化分析

铝电解槽是电解铝生产的主体设备,盖板是电解装置的重要附件之一。盖板最基本的功能是密封性,阻隔炉堂内部有害气体外泄,刚性接触密封结构一直是主流形式。承重和绝缘是铝电解槽盖板的另外两个必备功能,总趋势是朝一体化、嵌合化方向发展,目的是尽量简化盖板结构、增加使用寿命、降低制作成本。在盖板上增设保温夹层,可能会因为盖板过度保温和密封可能导致局部槽温过高,目前,"保温节能"还是一个有待全面验证的概念。