6082–T6/7075–T6异种铝合金搅拌摩擦焊接接头应力腐蚀行为

为提高航空、航天运载工具异种高强度铝合金零部件搅拌摩擦焊接接头在腐蚀环境下的服役可靠性,采用金相分析、电子显微分析和四点弯曲应力腐蚀法,对经过T6处理的6 mm厚6082–T6/7075–T6异种铝合金搅拌摩擦焊接接头应力腐蚀行为进行了研究。结果表明,搅拌头转速1200 r/min、焊接速度80 mm/min条件下,6082–T6/7075–T6母材获得了具有“洋葱环”结构的致密、成形良好的搅拌摩擦焊接接头组织。6082–T6和7075–T6母材搅拌摩擦焊接接头四点弯曲应力腐蚀主要发生在后退侧的7075–T6铝合金一侧,而前进侧6082–T6铝合金一侧表现出较好的耐蚀性。这主要是由于异种铝合金母材电极电位差异导致焊接接头发生应力作用下的电偶腐蚀所致。此外,α–Al基体与第二相形成微区电偶对,以及焊接接头热机械影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)和母材区(BM)存在的大角度晶界也是造成应力腐蚀的重要原因。

铝/钢异种金属搅拌摩擦焊性能改善方法及其研究现状

铝合金与钢的复合结构具有质量轻、强度高、成本低等特点,广泛应用于航空航天、船舶重工、汽车制造等领域。搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)作为一种新型固相连接技术,具有高效、节能、环保等优势,但利用传统搅拌摩擦焊获得的铝/钢异种接头仍然存在诸多缺陷。基于铝/钢异种金属搅拌摩擦焊的优化,本文对目前已经在铝/钢搅拌摩擦焊方面取得成果的辅助方式进行总结归纳,将其划分为机械结构式辅助FSW、中间过渡层辅助FSW、温度控制型外源辅助FSW和超声振动辅助FSW,并在此基础上进一步展望了铝/钢异种金属搅拌摩擦焊优化方法的发展方向。

基于刚度最优区间的机器人搅拌摩擦焊工件位置优化方法

航空航天领域存在许多曲面工件需进行搅拌摩擦焊,工业机器人为三维空间曲线的搅拌摩擦焊接提供了一种相当有吸引力的选择,但是搅拌摩擦焊接过程中巨大的轴向力对工业机器人的搅拌头轴向刚度提出极高的要求。为了提高机器人在搅拌摩擦焊接过程中搅拌头轴向刚度,提出一种基于刚度最优区间的工件位置优化方法。首先,构建混联机器人的并联/串联机构刚度数据库,以减少刚度计算时间;其次,基于机器人搅拌头轴向刚度提出刚度最优区间的概念,作为优化指标;然后,在考虑无奇异、关节限位、关节连续性和工作空间约束的情况下,进行基于刚度最优区间的工件位置优化算法研究;最后,仿真和试验验证表明,该方法能够通过优化工件位置使机器人始终保持在搅拌头轴向刚度较优的位姿下进行焊接,显著提升了机器人在焊接过程中的焊接刚度。

高强铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳起裂机理及应力比的影响研究

分别对7050-T7451铝合金母材及其搅拌摩擦焊接头进行高周疲劳试验,获得了应力比为0.1、0.3和0.5下母材与接头的S-N曲线,借助扫描电镜分析母材与接头断口区域的微观形貌,并进一步探究了粗大第2相对疲劳行为的影响.据此,Al_(23)CuFe_(4)、Al_(7)Cu_(2)Fe和Al_(2)Mg_(3)Zn_(3)是首选的接头裂纹起始点,而Mg_(2)Si是母体材料的主要断裂起始点,裂纹倾向于沿着密集的粗大第2相传播,对于较大的裂纹来说变得更加明显.根据实验观察,可以确定两种不同的裂纹形核机制分别为裂纹在粗大第2相的主体中形核和裂纹在第2相和基体的界面上出现.第1种形核机制主要出现在Mg_(2)Si中,第2种形核机制则以Al_(23)CuFe_(4)、Al_(7)Cu_(2)Fe和Al_(2)Mg_(3)Zn_(3)等白色第2相为主,又因为母材和焊缝的粗大第2相存在显著差异,所以,需要对不同相在焊缝和母材中的差异进行针对性分析,以此来确定接头与母材试样疲劳起裂机理的异同.结果表明,低应力比下,与基体连接紧密的白色第2相产生的应力集中低于母材的屈服强度,故与母材连接较弱的Mg_(2)Si相成为母材疲劳裂纹萌生的主要位置,而焊缝中由于热机械作用使得白色第2相粗化,其完整性相对母材中的白色第2相显著降低,进而成为裂纹萌生的主要位置.随应力比增加,白色第2相产生的应力集中增加,母材和焊缝中白色第2相成为裂纹萌生位置的数量逐渐增加.

转速对含Zr中间层铝/镁搅拌摩擦焊搭接接头组织与性能的影响

对不同转速下含Zr中间层6061铝合金/AZ31镁合金搅拌摩擦焊搭接接头组织结构、力学性能、腐蚀行为的变化进行了研究。结果表明,Zr中间层抑制了接头表面飞边和内部隧道等缺陷,焊材通过搅拌区的机械互锁结构与搭接界面反应生成的金属间化合物实现了机械与冶金结合。随转速的提高,接头搅拌区内焊材的热塑性流动强度和机械互锁程度逐渐加强,其中的Zr碎片和条带组织尺寸有所变小;接头的热力影响区/搅拌区界面宽度及搭接界面宽度均趋于增大。接头横截面沿前进侧和后退侧的硬度分布不对称,在焊接中心线附近具有较高硬度;接头的拉伸剪切载荷随转速的提高先增加后减小,剪切断裂位置发生在接头热力影响区/搅拌区界面处。接头在3.5%NaCl溶液中具有差异化的腐蚀行为,铝合金以均匀腐蚀为主,镁合金以局部点蚀为主,Zr中间层未发生明显腐蚀,提高转速在一定程度上降低了接头的腐蚀性能。

无针搅拌摩擦钎焊修复铝合金接头沟槽状缺陷研究

提出利用无针搅拌摩擦钎焊(friction stir brazing,FSB)修复FSW接头的沟槽状缺陷的新思路。试验用Zn箔钎料包裹6061铝块填充6061铝合金板材上的截面为“U”形的月牙形人造缺陷,进行FSB修复。结果表明:缺陷修复后,原始U形待填充区界面整体向前进侧发生倾斜。填充的6061铝块和基体6061铝块已经焊合,沿厚度方向自上向下依次出现表层缺陷完全消失区、合金化区。缺陷完全消失区金属在轴肩强烈热-力联合作用下混合,呈现层状组织特征;U形界面中部为合金化区,母材与填充块均与Zn发生了共晶反应,实现了界面的去膜与间隙的填充。U形界面底部也实现了合金化,但出现离散分布的氧化膜碎屑。相同转速下,FSB缺陷修复接头的抗拉强度可以达到无缺陷表面搅拌摩擦加工处理试样的90.7%。

2219-T87铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊方法对8mm厚2219-T87铝合金进行了焊接.对接头的宏观形貌、微观组织、显微硬度及断口形貌进行了分析.结果表明,焊核区为细小的等轴晶粒,晶粒尺寸远小于母材;热机影响区发生了弯曲变形;热影响区组织出现了明显粗化.前进边热机影响区和焊核区形成明显分界线,后退边相对模糊.搅拌摩擦焊对接头各区域沉淀相分布形态有重要影响.接头室温拉伸强度可以达到母材的70%以上.沿焊缝横截面的显微硬度的分布显示,硬度最低点位于后退侧热影响区区域,断裂位置位于后退侧热影响区处,接头的断裂形式为韧性断裂.

2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头组织及性能

为了研究搅拌摩擦焊（FSW）对2195铝锂合金组织及性能的影响,对5mm薄板进行了不同工艺参数的搅拌摩擦焊接。显微组织分析及力学测试结果表明：合金经FSW后,接头组织由焊核区、热机影响区、热影响区三个明显不同的区域组成。当焊速不变,搅拌头转速ω在700～1300r/min之间变化时,接头抗拉强度随转速ω增大而降低;搅拌头转速不变,焊速υ在60～140mm.min-1之间变化时,接头抗拉强度随焊速υ增大而提高。当υ=140mm.min-1,ω=1000r/min时,焊接接头强度系数达到73%。焊后接头显微硬度发生了较大程度的软化。

热处理对2A12铝合金搅拌摩擦焊板件时效成形的影响

为减弱或消除搅拌摩擦焊工艺(FSW)对时效成形的不利影响,改善2A12铝合金FSW构件的时效成形后的综合性能,通过设计不同的预热处理和时效成形组合工艺,试验研究热处理对2A12铝合金FSW构件时效成形组织和性能的影响。结果表明,在其他条件相同的情况下,预热处理(退火+固溶处理)可有效改善FSW构件的时效成形性。与单一时效成形过程相比,退火+固溶+时效成形组合工艺下,焊接构件的回弹率降低,抗拉强度和焊缝硬度显著提高,且预热处理的存在使得焊缝区域组织得到一定程度的细化和均匀化。经退火+固溶+时效成形的焊件,回弹率可达17.98%;抗拉强度可达394 MPa,为母材的89.5%。

焊接参数对7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织及腐蚀行为的影响

不同参数下对1.6 mm厚7075铝合金板进行了搅拌摩擦焊接,在分析了焊缝表面组织的基础上,采用浸泡试验对焊缝表面的腐蚀行为进行研究,讨论了硬度分布与腐蚀发生的关系。结果表明,焊后轴肩作用区晶粒细化明显。随转速的增加,焊缝上表面热机械影响区范围加宽、轴肩作用区硬度增大。焊缝上表面腐蚀最严重的区域为轴肩作用区,在EXCO溶液中浸泡4 h后发生明显的剥落腐蚀,剥蚀以轴肩作用区为中心向两边扩展。接头硬度的软化区是腐蚀发生较严重的区域。

AZ31厚板镁合金双面搅拌摩擦焊接头组织及性能研究

采用单轴肩搅拌摩擦焊实现了40 mm厚的AZ31镁合金双面对接焊接,对接头组织及力学性能进行了分析研究。结果表明,双面搅拌摩擦焊(Ds–FSW)接头光滑整洁,无缺陷。接头可划分为母材(BM)区、热影响区(HAZ)、热力影响区(TMAZ)、焊核区(NZ)和重叠区(OZ)5个区域,其中OZ是Ds–FSW接头所独有的。OZ中存在的超细晶粒和弥散分布的沉淀相Al8Mn5,显著提高了此区域的极限抗拉强度(UTS)和断后伸长率(EI),分别为217.7 MPa和14.65%,从而使其获得较高的接头强度系数,约为母材的85.81%。接头主要断裂在前进侧NZ和TMAZ交界处,其断裂机制为韧性断裂和准解离断裂的混合断裂机制。

温度对2219铝合金及搅拌摩擦焊焊接接头性能的影响

通过拉伸试验,测定了2219-T87铝合金母材及其搅拌摩擦焊(FSW)焊接接头不同温度下的力学性能。利用扫描电镜与光学显微镜等手段,对母材和焊接接头的微观组织及断口形貌进行了观察和分析。试验结果表明,该铝合金及其焊接接头具有低温增强增韧现象,适合在低温下工作;同时表明FSW是一种非常优异的焊接工艺。

铝合金搅拌摩擦接头的熔焊工艺研究

搅拌摩擦焊接(FSW)技术从发明至今得到了迅速发展,目前铝合金材料的搅拌摩擦焊工程化已分别应用至航空航天、轨道车辆等领域,但在这些领域里其工艺制造方面有待进一步探索和完善。本文从工艺研究角度,分析6005A铝合金材料的搅拌摩擦焊缝表面进行MIG熔焊工艺特性,对其接头的机械性能进行研究,并得出铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头的熔焊可行性,为搅拌摩擦技术的工程化应用提供依据。

铝合金船舶的摩擦搅拌焊接工艺

摩擦搅拌焊(FSW)是在低于工件材料熔点情况下操作的固相焊接,是在旋转情况下通过一种耐磨工具将板材或型材材料连接的工艺,可用于铝、镁、铜等的焊接,焊接质量优良。通常情况下,摩擦搅拌焊的焊缝强度超过热影响区。介绍了摩擦搅拌焊在造船和船舶制造业上的应用,以及船舶工业的研究需求。

6061-T4铝合金搅拌摩擦焊焊接热循环特性分析

搅拌摩擦焊(FSW)焊接热循环特性影响接头微观组织及综合性能。采用温度场实测试验与数值模拟相结合的方法获得了6061-T4铝合金FSW焊接热循环的主要参数指标。结合合金二元相图分析FSW接头组织,并通过时间-温度-硬度曲线(TTP曲线)探讨焊接热循环与接头性能的关系。结果表明:焊缝中心区域温度值最高,焊接对接板测点温度随离焊缝中心线距离的增加而降低,试验与计算数值有一定偏差,但两者分布趋势基本一致;通过焊接热循环和二元相图可以分析搅拌焊接头组织;TTP曲线研究表明,焊接热循环能直接反映焊接接头的硬度等性能。

铝合金搅拌摩擦焊在汽车上的应用

根据6系铝合金焊接的性能特性,采用搅拌摩擦焊的焊接方式,对6系铝合金进行焊接。同时对汽车上能够应用铝合金搅拌摩擦焊的分总成进行论述总结。尽可能地提高焊接效率和焊接性能,从而提高铝合金在汽车应用上的最终质量。

冷喷涂对7050铝合金FSW接头耐应力腐蚀性能的影响

采用冷喷涂技术在7050铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头表面进行纯Al涂层的制备,研究冷喷涂对FSW接头耐应力腐蚀性能的改善作用,并对其改善因素进行探索。结果表明,冷喷涂后的FSW接头的耐应力腐蚀性能有明显的提高,应力腐蚀断裂时间从24 h内延长至480 h以上,断裂位置也从前进侧热影响区变为焊核区。纯Al涂层沉积厚度约500μm,孔隙率较低,仅0.74%,均匀分布于接头上表面,无氧化和粉末粒子堆积现象,可在海水腐蚀环境中为接头提供较好的物理防护作用,有效改善接头的应力腐蚀敏感性及腐蚀环境对应力腐蚀的促进作用。冷喷涂层对接头产生压应力,可显著降低接头的残余拉应力,减少内外拉应力的交互作用,延缓应力腐蚀开裂速度。

搅拌摩擦焊工艺在轨道车辆上的应用

搅拌摩擦焊接(FSW)技术从发明至今得到了迅速发展,株机公司率先将这项技术引入国内交通车辆铝合金轨道车辆制造领域。本文分析了搅拌摩擦焊在轨道车辆上应用的可行性和基本工艺方法,重点介绍了6XXX系列中空挤压型材FSW接头与MIG焊接头的金相结构和力学性能对比分析。

搅拌摩擦焊返工工艺研究

本文阐述了搅拌摩擦焊工程应用化过程中隧道型缺陷产生的原因,通过实验分析6×××系列中空挤压型材在缺陷情况下进行修补的焊接工艺方法,对金相结构和力学性能对比分析,提出优化的焊接工艺参数,填补了产品工程化应用过程中有缺陷的搅拌摩擦焊产品返修技术空白。

6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊焊缝S曲线研究

搅拌摩擦焊接(FSW)技术从发明至今得到了迅速发展,株机公司率先将这项技术引入国内道交通车辆铝合金轨道车辆薄板制造领域。针对6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊缝中易出现S曲线的问题,本文通过扫描电镜SEM获取焊缝中S曲线的形貌及成分来分析其成因,并在此基础上,通过弧焊、搅拌摩擦焊的对比实验来研究S曲线对搅拌摩擦焊接头力学性能及疲劳性能的影响。