Cu和Ni中间层对铝/钢异种金属搅拌摩擦搭接焊接头界面微观组织及剪切性能的影响

采用搅拌摩擦搭接焊(FSLW)对添加Cu和Ni中间层的6061-T6铝合金和QP1180钢进行焊接,研究接头微观组织及力学性能。结果表明, FSLW可以成功制备出成形性良好的Al-Cu-Fe及Al-Ni-Fe接头, Cu粉和Ni粉均与基体结合良好。Cu粉阻隔了Al-Fe之间的元素扩散,接头金属间化合物(IMCs)种类为Al Cu和Al_(3)Cu_(2),无Al-Fe IMCs生成;Ni粉无法完全阻隔Al-Fe之间的反应, IMCs种类为Al_(3)Ni_(2)和Al Fe_(3)。Al-Ni-Fe接头中产生的IMCs与基体之间的平均错配度低于Al-Cu-Fe接头中IMCs与基之间的平均错配度,表明Al-Ni-Fe接头中产生的IMCs与基体之间的结合强度优于Al-Cu-Fe接头中产生的IMCs与基体之间的结合强度,因此Al-Ni-Fe接头剪切强度(7.86 k N)优于Al-Cu-Fe接头剪切强度(4.62 k N)。

AZ31/LA141搅拌摩擦搭接焊工艺及性能研究

借助体视镜、光学显微镜、万能试验机和维氏显微硬度计探究不同旋转速度对AZ31/LA141异种材料搅拌摩擦搭接焊接头组织、显微硬度和剪切性能的影响。结果表明:当焊接速度为0.1 m/min,旋转速度为1400~1800 r/min时,焊缝质量良好,无明显缺陷。同一焊接参数下,上层AZ31和下层LA141的前进侧热影响区晶粒尺寸均大于后退侧,而前进侧热机影响区晶粒尺寸的变化趋势小于后退侧。前进侧热机影响区晶粒尺寸随旋转速度的增加而增加。当旋转速度增大时,上层AZ31和下层LA141的显微硬度均增大,焊核区的显微硬度最大值为68.2HV。搅拌摩擦搭接焊接头的拉剪力先增后减,当焊接速度为0.1 m/min,旋转速度为1600 r/min时,拉剪力达到最大值2313.5 N。

工艺参数对镁/钢搅拌摩擦搭接焊组织与性能的影响

对2.5 mm厚的AZ31B镁合金和2 mm厚的DP600高强钢平板进行搅拌摩擦搭接焊连接实验。通过金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、射线衍射仪(XRD)、拉伸实验和硬度测试,研究工艺参数对镁/钢搭接接头显微组织、连接机理和力学性能影响。结果表明:镁/钢接头连接机制为机械结合,且随着焊接进给速度增大,接头拉伸性能降低;随着旋转速度增大,接头拉伸性能先增强再降低。在进给速度80 mm/min,旋转速度900 r/min时达到最大剪切破坏载荷为295.8 N/mm。界面处晶粒细化显著,硬度明显高于母材。

AZ31B镁合金连铸板材双道搅拌摩擦搭接焊的力学性能

对AZ31B镁合金连铸板材进行搅拌头逆时针与顺时针不同结合形式的双道搅拌摩擦搭接焊。对焊缝横截面进行了观察,测量了接头的显微硬度,对试样进行了剪切试验和断口扫描分析。结果表明:所有焊缝均有孔洞缺陷;焊核区硬度值相对较大;过渡区硬度值起伏波动较大,略低于母材硬度值;整体上试样后退侧硬度值略高于前进侧;当两道焊接的搅拌头旋转方向均为逆时针时,搭接接头承受的剪切力最大,为6.58 kN,在上板前进侧的迁移线位置发生断裂,断裂形式属于脆性断裂。

AZ31/LA141搅拌摩擦搭接焊接头的组织与力学性能

为了扩大搅拌摩擦搭接焊在镁合金异种材料的市场应用范围,采用搅拌摩擦搭接焊工艺对AZ31镁合金和LA141镁锂合金进行焊接。借助光学显微镜、维氏硬度计和万能试验机等仪器设备研究了搅拌摩擦搭接焊接头的显微组织,测试了接头的显微硬度和剪切拉伸。结果表明,当旋转速度为1800 r/min,焊接速度在80~120 mm/min之间时,AZ31/LA141搅拌摩擦搭接焊成形良好,无明显缺陷。在相同的焊接工艺参数条件下,上层AZ31和下层LA141前进侧热机影响区的晶粒尺寸均小于后退侧热机影响区的晶粒尺寸,而前进侧热影响区却与之相反,其晶粒尺寸均大于后退侧热影响区的晶粒尺寸。当焊接速度变大时,上层AZ31和下层LA141前进侧热机影响区的晶粒尺寸均随之变小。上层AZ31和下层LA141焊核区的显微硬度值变化趋势不同,前者先变大后变小,而后者却呈现变大的趋势。AZ31/LA141搭接接头拉剪力随着焊接速度的增加呈现先增加后减小的趋势。

转速对6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的影响

目的研究不同转速条件下6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的变化规律,为工程实践应用提供参考。方法在不同旋转速度(800、1200、1500 r/min)下对4 mm厚的6061铝合金进行搅拌摩擦搭接焊实验,固定进给速度和轴肩下压量,研究搅拌头转速对接头宏观组织、微观组织和力学性能的影响。结果所有接头均没有出现明显缺陷,当转速为1500 r/min时,搅拌区晶粒尺寸细化明显,最大失效载荷达到母材的75%,上板和下板的硬度曲线都呈“W”形;当转速为800 r/min和1200 r/min时,下板硬度曲线呈“V”形。随着转速的增大,有效搭接宽度逐渐增大,接头的平均拉剪强度也在增大,所有接头都在前进侧断裂,断裂形式均为拉伸断裂。结论转速的提升增加了焊接热输入量和机械搅拌作用,促进了有效搭接宽度的增大和晶粒尺寸的细化,但未能改变钩状缺陷的形成及延伸方向。当转速为1500 r/min时,热输入量较大,搅拌区范围相对较大,下板存在更大面积的搅拌区,其硬度规律与上板的相似。所有接头均为拉伸断裂,断裂位置在热影响区附近,说明搭接接头连接良好。

基于CEL方法的异种合金搅拌摩擦搭接焊数值模拟

基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法,建立铝-镁异种合金搅拌摩擦搭接焊(FSLW)的数值模型,分析了等效塑性应变分布特点和焊接缺陷的形成。结果表明,焊缝表面的等效塑性应变明显高于搭接面,且焊缝两侧的等效塑性应变分布明显不对称。增大转速可提高等效塑性应变。当转速从1400 r/min增大为1600 r/min时,搭接面的等效塑性应变整体增幅不大,此时增大转速对塑性变形影响较小,但前进侧等效塑性应变明显高于后退侧。在转速1000 r/min条件下,通过数值模拟发现,搭接面前进侧出现孔洞缺陷;转速分别为800 r/min和1400 r/min条件下,通过数值模拟分析了焊缝表面飞边的特点,并通过试验验证了孔洞和飞边。在搭接量60 mm、转速1400 r/min、焊速120 mm/min的条件下,能够观察到在焊核区中心存在等轴晶粒以及2种材料结合面处的沿晶粒生长方向的柱状晶。

包铝层对7B04-O铝合金薄板搅拌摩擦搭接性能影响

对2 mm厚的带有包铝层的退火态(O态)7B04铝合金薄板进行搅拌摩擦搭接焊接(Friction stir lap welding,FSLW)。分析包铝层、焊接参数、热处理对FSLW接头质量、微观组织及力学性能的影响。结果表明,焊核中的原始包铝层无法被完全打碎分散,其中前进侧的分散比较明显,而后退侧的包铝层则基本保持了原来状态。通过增加转速或轴肩尺寸,可以有效消除焊核中心的孔隙缺陷,但仍无法使界面处的包铝层充分破碎分散。随着转速增加或焊接工具轴肩尺寸增大,FSLW接头强度提高。包铝层对焊态FSLW接头强度影响不明显,接头强度约为母材强度的94%;淬火后,包铝层对接头强度的影响显著,接头强度仅为淬火态母材的64%。

静轴肩辅助铝镁搅拌摩擦搭接接头的组织与性能

文中将静止轴肩技术应用到铝镁异种合金的搅拌摩擦搭接过程中,并分析了焊接速度对接头成形和力学性能的影响.结果表明,静止轴肩能够增强上下板之间的材料交换,焊后搅拌区呈较大的洋葱环形貌,其内部分布大量的金属间化合物;搭接面处发生良好的冶金结合.由于生成金属间化合物,洋葱环区域的显微硬度值明显高于接头其它区域.X射线衍射结果表明,金属间化合物的主要成分是Al_3Mg_2和Al_(12)Mg_(17).接头的抗拉强度随着焊接速度的增加呈先上升后下降的趋势,最大值在焊接速度为40 mm/min时取得.

TC4钛合金搅拌摩擦搭接焊的温度场模拟

建立了TC4钛合金搅拌摩擦搭接焊的有限元模型,基于温度测试结果设置了搅拌摩擦搭接焊的边界条件,进行了搅拌摩擦搭接焊温度场的数值模拟,并对温度模拟结果与测温试验结果进行了对比。结果表明,温度模拟曲线与实测温度曲线趋势相同,二者的焊接温度峰值相差较小;焊接温度峰值随焊接速度的增加而减小。焊缝温度峰值出现在与搅拌头直接接触的区域,位于搅拌头作用区的后方。焊缝区域的温度场沿板厚方向呈上宽下窄的碗型形貌分布。

半螺纹搅拌针对2024铝合金搅拌摩擦搭接焊力学性能影响

作为影响搅拌摩擦焊(FSW)过程中塑性材料上下流动的重要因素,搅拌针螺纹形貌同样对搅拌摩擦搭接焊(FSLW)的材料流动和力学性能有着重要影响.为研究半螺纹搅拌针对FSLW接头显微组织和力学性能的影响,文中将全螺纹搅拌针和半螺纹搅拌针用于包铝2024铝合金FSLW试验,并对不同搅拌针作用下的FSLW接头的横截面形貌、剪切拉伸载荷、断裂位置等方面进行分析对比.结果表明,半螺纹搅拌针会使钩状缺陷向下弯曲,从而使FSLW接头具有较大的有效板材厚度以及搭接宽度.断裂模式同为剪切断裂,但半螺纹搅拌针作用下的FSLW接头拥有更大的拉断载荷.

基于RBFNN-ACO的铝合金搅拌摩擦搭接焊工艺参数优化

采用尖部半螺纹搅拌针进行6151铝合金搅拌摩擦搭接焊试验,并基于径向基神经网络与蚁群算法相结合的方法优化工艺参数,达到改善搭接界面结构特征,进而实现最大化接头承载能力的目的。研究结果表明,当转速、焊速和下压量分别为1504 r/min、207 mm/min和0.12 mm时接头的拉剪载荷最大达5.06 kN/mm,比优化前的最大拉剪载荷提高了6.08%。径向基神经网络与蚁群优化算法相结合的智能方法为优化焊接工艺参数,进一步提高铝合金搅拌摩擦搭接接头强度提供了一种有效途径。

铁素体基体球墨铸铁与08F钢搅拌摩擦搭接焊研究

对铁素体基球墨铸铁与08F低碳钢进行了搅拌摩擦搭接焊,利用拉伸试验机、扫描电子显微镜、显微硬度计研究搅拌头转速和进给速度对接头拉剪断裂载荷和显微组织的影响。结果表明,搅拌头转速为1 000 rpm时,焊缝试样拉剪断裂载荷较高,最高达8 000 N,断裂于08F低碳钢,在搅拌区的接合面附近存在高硬度马氏体,进给速度在40~70 mm/min范围内变化,对断裂载荷影响不大;搅拌头转速600 rpm时,在前进边和后退边的接合处均形成了珠光体组织,焊缝试样拉剪断裂载荷较低,断裂于搅拌区的球墨铸铁母材,为脆性断裂,因搅拌作用被拉长的石墨为裂纹扩展提供了条件。

重复搅拌对2024铝合金无倾角搅拌摩擦搭接焊的影响

对5 mm厚的2024铝合金板材进行了无倾角搅拌摩擦搭接试验,研究搅拌工具转速、焊接速度、下压量对焊接质量的影响,并优化了工艺参数。采用优化后工艺进行重复搅拌试验,研究重复搅拌消除缺陷的作用原理,并分析了焊道微观组织。结果表明,搅拌工具转速、焊接速度对焊接质量的影响较为显著,参数在转速1000 r/min,焊接速度300 mm/min时取得较好的焊接效果,与此值偏差越大焊接质量越差。下压量对焊接质量的影响较小。在转速1000r/min、焊接速度300 mm/min、下压量0.2 mm下进行重复搅拌,可实现无缺陷焊接;搅拌后核心区和轴肩影响区组织平均晶粒尺寸远小于母材组织。

轴肩形貌对搅拌摩擦搭接焊材料流动与接头成形的影响

以2024-T4铝合金为研究对象,基于流体力学软件FLUENT对不同轴肩形貌的搅拌摩擦搭接焊中材料的流动行为进行模拟,并进行了试验验证。数值模拟结果表明：搅拌头轴肩边缘处的材料具有较大的流动速率;材料的流速随着距搅拌头距离的增加而减小。相比于同心圆轴肩的搅拌头,使用六螺旋轴肩搅拌头可在搭接面处具有更大的流动速率。试验结果表明,使用六螺旋轴肩所得的钩状缺陷向上弯曲程度更大,揭示了模拟结果的正确性。

搅拌头转速对球墨铸铁/低碳钢搅拌摩擦搭接接头强度的影响

对铁素体基球墨铸铁和08F低碳钢实施了拌摩擦搭接焊,利用拉伸机、扫描电镜和光学显微镜,研究了搅拌头转速对接头拉剪剥离强度和显微组织的影响。固定搅拌头进给速度为60 mm/min,搅拌头转速增大到800 r/min后,接头拉剪剥离强度增大很快,搅拌头转速1000 r/min对应的接头断裂于低碳钢母材处,其拉剪剥离强度最大达到3907 N/cm。若搅拌头转速过低,搅拌区形成带状石墨聚集区,成为接头断裂路径,降低了接头强度;提高搅拌头转速可有效促进两材料搭接面接合,有利于石墨颗粒分布均匀,从而提高接头强度。

静止轴肩搅拌摩擦搭接接头的成形与冲击性能研究

以2024-T4铝合金为研究对象,研究了静止轴肩搅拌摩擦搭接焊接头的成形和冲击性能。结果表明,利用静止轴肩可获得表面无弧纹、小飞边、内部钩状缺陷和冷搭接高度较低的搭接接头。前进侧搅拌针作用区边缘的冲击韧性最低,焊核区次之,后退侧搅拌针作用区边缘与两侧的轴肩作用区边缘具有较高的冲击韧性。

1060铝/AZ31镁合金异种金属搅拌摩擦搭接焊组织与力学性能研究

采用搅拌摩擦搭接焊对1060铝和AZ31镁合金异种金属进行焊接试验,利用三维表面形貌仪、光学显微镜研究了接头组织形貌,采用显微硬度仪、电子万能试验机和扫描电子显微镜研究了接头力学性能和断口形貌。结果表明:焊接参数对焊缝表面形貌影响显著,在1500 r/min,50 mm/min时,焊缝表面形成均匀弧纹。在1000 r/min,70mm/min时焊核区及焊缝界面处晶粒经动态再结晶后细化,随转速/焊速比增加,焊核区金属间化合物含量增加。显微硬度结果表明镁合金侧、铝侧和界面处接头显微硬度有相同的变化趋势,焊核区硬度明显高于铝镁母材区域。断口形貌观察结果表明,1060铝/AZ31镁合金异种金属搅拌摩擦搭接焊断裂模式为脆性断裂,接头拉剪性能在2000 r/min,30mm/min时最差,仅为1750N,这可能与焊缝内金属间化合物的增加有关。

超声辅助铝/钛搅拌摩擦搭接接头的成形和组织

借助超声波辅助的方法对铝/钛异种合金进行搅拌摩擦搭接,研究超声波作用对接头的成形和组织的影响.结果表明,当超声波施加在铝板时,接头的钩状缺陷较高,且会出现孔洞缺陷;当超声施加在钛板时,接头无缺陷.超声振动能够增大铝/钛界面扩散层的厚度,对接头性能的提高起到一定的促进作用.当搅拌头转速为300 r/min时,界面扩散层厚度较薄;当搅拌头转速升高至500 r/min时,界面生成一层厚度约为1μm的金属间化合物.超声辅助焊接可明显提高接头的断裂载荷.

铝/镁异种合金搅拌摩擦搭接焊接头界面结构及拉剪性能

在其它焊接条件相同的情况下,通过改变焊接速度对5A06铝合金和AZ31镁合金进行搅拌摩擦搭接焊接试验,分析焊接速度对接头hook沟成形及拉剪性能的影响。结果表明,适当降低焊接速度,有利于提高焊接热输入量和金属流动能力,使得接头的有效搭接厚度和宽度增加,内部孔洞缺陷消失。此外,有利于hook沟处铝和镁金属原子发生充分扩散,形成紧密的冶金结合。但是,当焊接速度太低时,热输入量过大,接头hook沟附近产生了明显的金属间化合物过渡区,且过渡区内形成了大量的Al_(12)Mg_(17)和Al_(3)Mg_(2)脆性金属间化合物,导致过渡区开裂。其中,当焊接速度为47.5 mm/min时,接头的有效搭接厚度和有效搭接宽度最大,且hook沟前端界面得到良好的冶金结合,使得接头的拉剪性能最优。