1561铝合金厚板力学性能不均匀性研究

以国产1561铝合金40 mm厚板材为研究对象,通过厚板拉伸、圆棒拉伸、布氏硬度、SEM等研究了不同批次40 mm厚1561板材的力学性能及微观组织。结果表明:当板材心部附近出现明显的析出带时,材料的塑性和强度明显下降,拉伸断口出现裂纹分层。

厚板5A06铝合金万瓦级扫描激光立焊组织与性能

针对厚板铝合金万瓦级常规激光焊接往往存在焊缝成形差和气孔缺陷严重的问题,文中提出了厚板铝合金万瓦级扫描激光立焊方法,采用厚板5A06铝合金进行了焊接工艺试验,并综合分析了焊接接头焊缝成形、微观组织、力学性能.结果表明,该方法有效的改善了厚板铝合金常规激光的焊缝成形,且减少了气孔缺陷.根据熔池形貌图像,扫描激光大幅增加了熔池尺寸,因此熔池尾部受熔池前沿激光干扰减弱,有利于改善熔池尾部焊缝成形和减少气孔缺陷.针对厚度为50 mm铝合金板,采用万瓦级扫描激光立焊实现了窄间隙坡口形式24 mm厚钝边的双面双道焊接.当扫描幅度增大时,即焊接参数Ⅱ和Ⅲ,焊缝均匀光滑,成形良好,且X射线探伤未见气孔缺陷.焊接参数Ⅱ接头微观组织全部由等轴晶构成,焊接参数Ⅲ接头由等轴晶和少量柱状晶构成.由于焊接参数Ⅲ焊接速度小,热输入更大,焊接参数Ⅲ接头晶粒尺寸更大.焊接参数Ⅱ和Ⅲ接头抗拉强度为337 MPa和322 MPa,分别达到了母材的93.6%和89.4%,焊缝性能良好.焊缝拉伸断口均呈现韧窝形态,为韧性断裂.

厚板5083铝合金MIG焊工艺与性能研究

针对25 mm船用5083厚板铝合金MIG焊,焊接难度大,接头性能不达标,出现未熔合、未焊透、大量气孔的问题.经过对焊接接头宏观断口,力学性能,宏观金相等进行分析.研究通过焊前打磨并预热至150℃,打底焊焊接电流提高到170~180 A,层间焊接电流提高到210~230 A,坡口增大至90°,增加焊接道数至27~28道,对称施焊,采用高纯度保护气体等措施改进工艺.通过改进工艺,经过无损检测、拉伸、弯曲、金相发现焊接接头缺陷大大减少,焊接接头拉伸性能提高57.6%,展现出良好的性能,符合生产标准.实验结果发现焊接接头强度下降,是因为在焊接过程中,焊接接头受热循环影响,热影响区形变强化减弱.焊缝中心焊接热输入导致熔池Mg元素烧损,焊缝组织β强化相减少,出现焊接接头软化现象.

行业标准《航空用铝合金板材 第2部分 2024T351、2H24T351、2324T39厚板》述评

介绍了行业标准YS/T 1629.2-2023《航空用铝合金板材第2部分2024T351、2H24T351、2324T39厚板》的制订原则和主要内容,评价了该标准的水平和创新点。

切缝翘曲法测试铝合金厚板内部残余应力

采用切缝翘曲法测试了40,80mm厚7050T7451铝合金板横向残余应力沿深度方向的分布,并与剥层法测试结果进行了对比。结果表明:切缝翘曲法测得80mm厚试样心部附近(距表面20~60mm)的横向残余应力为拉应力,边部附近(距表面0~20mm和60~80mm)的横向残余应力为压应力,与剥层法测试结果相近,相关系数高达0.853,说明测试方法准确;40mm厚试样的最大横向残余拉应力位于试样心部,最大横向残余压应力位于试样表面;80mm厚试样的最大横向残余拉应力位于试样心部,最大横向残余压应力位于距表面12~16mm处。

6063-T5铝合金散热器厚板搅拌摩擦焊工艺研究

为探索大型宽幅翅片散热器铝合金厚板的FSW工艺,采用厚度为20.5 mm的6063-T5铝合金翅片散热器挤压型材作为试验材料,通过静龙门式二维生产型设备进行FSW。焊后利用光学显微镜、显微硬度仪和电子万能拉伸试验机对接头进行了金相分析、显微硬度分析和拉伸、弯曲力学性能测试。试验结果表明,在转速600 r/min,焊接速度140 mm/min的焊接工艺参数下,接头抗拉强度为158.0 MPa,为母材强度的87.7%;焊缝区相比母材有一定程度的硬度降低,接头存在两个明显的硬度软化区,分别是前进侧和后退侧热影响区,最低硬度值约33 HV;接头拉伸断裂方式为韧性断裂,接头弯曲到180°均不发生断裂。证明该FSW工艺可以获得表面成形良好、无宏观缺陷的焊接接头,其显微组织和力学性能测试结果满足工程应用要求。

20mm厚AZ31镁合金厚板搅拌摩擦焊接接头的显微组织演变及强化机制

采用搅拌摩擦焊焊接20mm厚AZ31镁合金板材,并沿厚度方向分5层对接头的显微组织和力学性能进行表征。结果表明:焊接温度和温降速率的不同导致搅拌区晶粒尺寸不均匀,且在材料流动行为的作用下,接头不同区域形成不同强织构。此外,接头各层的屈服强度和抗拉强度从上表面至下表面整体呈逐渐增加的趋势,伸长率沿接头厚度方向首先由9.5%升高至10.5%,然后逐渐降低至6.0%。整体接头的抗拉强度达到母材的88.5%。接头的主要强化机制为细晶强化。

2219铝合金厚板TIG焊接头组织与力学性能研究

采用氦弧打底+氩弧填充、盖面的焊接工艺对2219-T87铝合金15 mm厚板进行TIG焊接试验,研究其焊缝成形和组织力学性能。结果表明,此工艺焊缝成形美观,无可见焊接缺陷,气孔抑制效果好,接头平均抗拉强度为278.22 MPa,平均断后延伸率为3.89%,接头平均强度系数达到58.94%。接头硬度整体表现为焊缝中心最低,从焊缝中心到母材呈现先增大后局部降低再增大的趋势;且焊缝中心填充层硬度高于打底层和盖面层。熔合区的微观组织为柱状树枝晶和胞状树枝晶,且垂直于熔合线生长,在靠近熔合区两侧出现了等轴细晶带。焊接接头断面有较多撕裂棱和韧窝,局部发现第二相粒子和微孔,其断裂机制为典型的韧性断裂。

差厚铝合金2024∕7075搅拌摩擦焊的温度场数值模拟

利用Abaqus有限元软件,建立差厚7075和2024铝合金的有限元模型和改进热源模型,进行模拟搅拌摩擦焊的焊接过程,分析了不同厚度比的温度分布,以及对焊核区和热力影响区的宽度变化的影响,并验证了所建模型应用的可行性。结果表明,铝合金焊件中的温度峰值随着厚度比的变化而改变,且温度在铝合金板上呈不对称的倒“V”形分布,板材上的温度峰值随着板材厚度变大而减小。焊接过程中温度越高焊件上的热力影响区就越宽。较大的厚度比会使得焊件的热力影响区宽度和焊核区宽度偏大。模拟得到的温度值和试验数据比较,两者的误差在8%以内,验证了模型的可行性。

四种航空用高强铝合金厚板的淬透性

通过末端淬火方法研究7075合金、7055合金、7150合金和7185合金等四种铝合金厚板的淬透性,采用透射电子显微镜对微观组织进行分析。结果表明:7075合金、7055合金、7150合金和7185合金等四种合金两端的硬度差值分别为30%、14%、12%和8%,淬透层深度分别为25 mm、45 mm、63 mm和100 mm以上。四种合金析出相的尺寸及面积分数均随冷却速率的降低而增加;7185合金总的晶格畸变能最小,析出相的尺寸最小且数量最少,因此淬透性最好;与7185合金相比较,7055合金和7150合金总的晶格畸变能均较高,析出相的尺寸大且数量也较多,合金的淬透性较差;7075合金总的晶格畸变能最大且晶内存在非共格的E(Al_(18)Cr_(2)Mg_(3))相,析出相数量最多且尺寸较7150合金的大,因此淬透性最差。

ZL205A大厚板铝合金TIG堆焊组织与性能研究

目的解决壁厚25 mm的ZL205A铸造铝合金在多层多道TIG焊过程中接头易出现气孔和虚焊等问题,进而实现大厚板ZL205A的高质量焊接。方法采用TIG堆焊方法对25 mm厚的ZL205A进行焊接,研究不同层间焊接电流对接头组织和力学性能的影响。结果焊后接头焊核区存在明显的气孔缺陷,随层间焊接电流的增大,气孔缺陷数量和尺寸显著增加。焊接接头根据组织特征分为焊核区、熔合区、热影响区和母材区,其中焊核区晶粒尺寸最小,约为20μm,仅为母材晶粒尺寸的1/5左右。在焊核区晶界处弥散分布了大量Al2Cu、AlCu及少量Al12CuMn2颗粒相。随焊接电流的增大,接头拉伸强度及伸长率呈现先增大后减小的趋势,其最大拉伸强度为母材强度的94%,最大伸长率仅为母材伸长率的41.72%。在最优焊接电流下,接头拉伸断裂位置为母材处和焊缝处,气孔缺陷是导致焊缝断裂的主要原因,而母材断裂的主要原因为晶界间存在较多脆硬性AlCu/颗粒相。结论采用TIG多层多道的焊接方法通过控制不同层间电流可以实现25 mm厚ZL205A的高强度焊接。

AA5052铝合金/AZ31B镁合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀行为研究

采用搅拌摩擦焊的方法得到了外观成形良好的Al合金/Mg合金接头。为了研究其腐蚀行为和腐蚀机理,在分析焊接接头显微组织的基础上,采用中性盐雾腐蚀试验和电化学测试的方法对其腐蚀行为进行监测和分析,并对焊接接头的腐蚀失重进行了分析研究。结果表明,铝镁金属间化合相和镁合金中的β相在搅拌区和热力影响区中分布的不均匀性,以及区域晶粒大小的差异,导致搅拌区和热力影响区形成微区原电池的倾向不同,从而表现出腐蚀形貌和腐蚀行为的差异。电偶腐蚀的发生导致焊接接头的腐蚀电流密度较高,耐腐蚀性能不及母材。在整个中性盐雾腐蚀过程中,腐蚀失重逐渐增加,腐蚀速率呈现出先上升后下降的趋势。

7050-T7651铝合金厚板显微组织及力学性能不均匀性

采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和力学拉伸试验机,研究160 mm 7050-T7651铝合金特厚板不同厚度位置的金相组织、晶粒取向、织构类型、时效纳米析出相分布以及力学性能的差异。结果表明:从板材表层到心部,组织中的第二相粒子含量降低,但尺寸增加;板材表层以小角度晶界亚结构组织为主,小角度晶界比例在79%~85%之间,而板材心部小角度晶界的比例为58%左右,相比于板材表层小角度晶界比例降低了26.6%~31.8%;板材表层以{001}<110>剪切织构为主,占比为3.64%,并随厚度增加,变形织构组分含量逐渐增多;板材厚度方向力学性能呈现出沿厚度表层-心部-表层方向先降低后升高的趋势,且力学性能最优位置均为板材表层位置。

厚板铝合金搅拌摩擦焊接头不同状态微观组织与力学性能

对14 mm厚2219-O铝合金板进行了搅拌摩擦焊接,研究了无缺陷、有缺陷和经焊后热处理的接头分层切片的微观组织、力学性能和断裂方式.结果表明:无缺陷接头的抗拉强度σ_b和屈服强度σ_(0.2)分别从上部的160.8和96.8 MPa下降至底部的146和86 MPa:有缺陷接头的σ_b和σ_(0.2)分别从上部的132.9和94 MPa下降至底部的126和78.8 MPa;经焊后热处理的试样中部的σ_b最高,达到243.8 MPa,而上部的σ_(0.2)最高.为123.3 MPa;延伸率δ则依次升高,无缺陷、有缺陷和热处理后接头的δ分别由上部的6.7%,4.8%和7.5%升高至底部的10.1%,8.5%和14%.经焊后热处理的接头焊核区晶粒沿厚度方向更均匀和细小,力学性能明显提高.并以韧性断裂为主,显微硬度波动很小.对于有缺陷接头,焊接缺陷严重降低了接头的力学性能,主要以韧-脆混合方式断裂,各分层的显微硬度均低于无缺陷接头.

厚板铝合金搅拌摩擦焊接头显微组织与力学性能

对14 mm厚板铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头焊核区微观组织、整体和分层切片力学性能进行了研究。结果表明,当旋转速度为400 r/min,焊接速度为60—100 mm/min时,接头抗拉强度σ_b、屈服强度σ_(0.2)和延伸率δ随焊速的升高而降低。焊缝分层切片的σ_b,σ_(0.2)和δ上部最高,分别达到了186.7 MPa,100.3 MPa和14.1%;下部最低,分别为157.5 MPa, 80.2 MPa和10.1%。微观断口中存在大量的网状韧窝,切片上部韧窝最深,焊缝根部可见沿晶界的二次裂纹和浅韧窝。显微硬度分布为焊缝上部高于下部,沿焊缝中心呈不对称分布.焊核区上部等轴再结晶晶粒尺寸大于焊缝下部.焊核区上部的第二相粒子相对下部更均匀和细小,强化作用增强.

搅拌针转速对厚板镁合金SSFSW焊缝组织及性能的影响

对9 mm厚板AZ31B镁合金进行静止轴肩搅拌摩擦焊(stationary shoulder friction stir welding,SSFSW)工艺试验,探讨搅拌针转速(500~1000 r/min)对焊缝组织及力学性能的影响规律.结果表明,在给定焊接速度80 mm/min下,搅拌针转速在600~800 r/min范围可获得表面光滑、无内部缺陷的对接焊缝,当转速为1000 r/min时焊缝表面出现不连续凹坑但内部仍无缺陷.随着转速增加,晶粒尺寸由(11.11±1.68)μm增加到(18.95±1.83)μm;在700 r/min时焊核区晶粒尺寸沿板厚差异最小.焊缝中间硬度分布具有不均匀性且随转速增加而减小,最大差异为10.97 HV,最低硬度47 HV位于前进侧的热力影响区与焊核区界面处.在700 r/min下接头力学性能最佳,强度系数为90.2%、对应断后伸长率为母材69.3%.随着转速增加,断裂模式由韧-脆混合断裂转变为剪切-韧性混合断裂.

7075铝合金FSW接头不同板厚的微观组织和腐蚀

搅拌磨擦焊现已广泛用于制造7075高强铝合金航空器,国内外对铝合金搅拌摩擦焊的工艺做了大量的研究。本课题以7075铝合金为研究对象,对其不同厚度的板材组织和在酸性盐雾试验下的腐蚀行为进行了研究。

5A06铝合金厚板双丝PMIG焊接头组织与性能

采用双丝PMIG协同式高效焊接方法对板厚为60 mm的5A06铝合金进行了焊接试验,获得了优良的焊接接头,并对焊接接头进行了金相组织和力学性能分析.结果表明,母材保持轧制态纤维状组织,焊缝组织细密均匀,主要为α(Al),β(Mg2Al3)及部分Mg2Si杂质相.接头平均抗拉强度和断后伸长率分别为306.17 MPa和11.93%,达到母材的90.5%和61.5%.对比接头各层显微组织和力学性能发现,热输入影响焊接接头热影响区宽度和力学性能.在焊接热输入最小的正面盖面层,焊缝组织更细,热影响区宽度更窄,试样力学性能更好.

厚板铝合金变极性等离子弧横焊接头性能分析

以厚度8mm的2219铝合金为对象，采用变极性等离子弧工艺，获得了焊缝成形良好的横焊接头。通过分析对比焊接电流与离子气流量匹配关系，获得了横焊工艺规范窗口。同时，研究了横焊接头不同区域组织及力学性能。结果表明：采用焊接工艺窗口内的参数焊接的横焊接头，抗拉强度约为240～250MPa，延伸率在3．1％～3．5％之间，接头断裂位置主要发生在接头上部熔合线附近的气孔密集区。接头组织具有不对称性，上部组织更为细小，接头中心位置显微硬度最低，两端热影响区硬度逐渐增高。

测试残余应力的层削法在7140铝合金厚板上的应用

为满足轻量化和整体结构强度要求,航空航天结构件广泛采用大规格铝合金结构件。大规格铝合金结构件多采用铝合金厚板机加工而成,材料去除率可达80%以上。残余应力在板材厚度上的不均匀分布会引起加工变形等一系列问题。本研究采用层削法逐层去除材料,残余应力失去平衡,引起板材弯曲变形。基于应力释放产生的挠度增量、未切削部位刚度及弹性模量与残余应力的关系,获得相应层削深度的残余应力。采用该方法开展7140铝合金厚板全厚度残余应力的测试,并通过X射线法测试技术对表面残余应力进行测试校核,通过切缝翘曲法进行内部残余应力测试校核。测试结果表明,层削法残余应力测试方法能够有效表征7140铝合金厚板内部的残余应力。