6082—T6铝合金材料搅拌摩擦焊工艺研究

本文主要对6082—T6铝合金材料搅拌摩擦焊进行研究,该试验采用搅拌摩擦焊(FSW)和熔化极惰性气体保护焊(MIG)对铝合金车体材料6082—T6试板进行焊接,分别对两种焊接接头进行了拉伸、弯曲、金相和显微硬度等对比试验。结果表明:FSW优于MIG焊的焊接工艺;搅拌摩擦焊接头抗拉强度高达269MPa,高于MIG焊接头抗拉强度;两种焊接接头的塑性和延展性良好,弯曲性能相当;搅拌摩擦焊的焊核区为等轴晶组织,而MIG焊焊缝为树枝状组织;FSW接头显微硬度略高于MIG焊的接头硬度,且FSW接头软化程度比MIG焊的接头软化程度要小。

6082-T6铝合金构件及其超大跨空间结构的受力性能与设计方法

针对6082-T6铝合金,从材料力学性能、轴压与偏压构件稳定承载力、受弯构件受力性能方面进行了系统试验和数值仿真研究;建立了国产铝合金构件试验数据库,评估了中、欧、美规范及DSM、CSM共5种设计方法的可靠度水平;对6082-T6铝合金圆管及泡沫铝填充复合管开展侧向冲击试验与数值仿真研究,提出了构件动态响应计算方法,并建立了冲击下构件变形的预测方法;针对超大跨度铝合金巨型网格结构开展了探索性研究,提出了适用于超大跨度结构的新型节点形式及稳定受力性能分析。研究成果将对6082-T6铝合金构件及结构在工程中的推广应用、提升结构的承载与抗冲击防御能力提供依据与技术支撑。

挤压态6082-T6铝合金的高温拉伸力学性能及微观组织

通过Gleeble3500热模拟试验机研究了变形温度和应变速率对挤压态6082-T6铝合金高温拉伸力学性能的影响,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析了合金在高温拉伸过程中的微观组织演变。结果表明:在恒定的应变速率下,挤压态6082-T6铝合金的拉伸强度随着拉伸温度的升高而下降;在恒定的拉伸温度下,其拉伸强度随着应变速率的升高而上升。挤压态6082-T6铝合金在高温(300~450℃)拉伸条件下表现为韧性断裂,在较高的变形温度和较低应变速率条件下,合金的韧窝增大且更深,表现出较好的塑性。在高温变形过程中,随着拉伸温度的升高,合金内部的位错密度下降,并出现了析出相粗化现象,导致合金的变形抗力下降。

高速列车用6082-T6铝合金焊接热裂纹敏感性研究

针对高速列车用制造6082-T6铝合金焊接时易产生液化裂纹,影响结构件疲劳性能的问题,文中通过热模拟试验,并借助差热分析试验,对6082-T6铝合金裂纹敏感性进行试验测试。结果表明:6082-T6铝合金晶界上富集的Mg及Si相,使得晶界熔点较低,通过热模拟试验得出材料加热至580℃时,晶界开始部分熔化,而到600℃时晶界完全液化,当达到620℃时出现晶内液化。因此,6082-T6铝合金晶界液化形成温度区间较宽,为580~630℃,表明6082-T6铝合金焊接有较高的液化裂纹敏感性。

6082-T6铝合金焊接裂纹形成机制研究

6082-T6铝合金凭借其可塑性好、高强度等优势在高速列车复杂结构件的应用场景中得到了广泛关注,但焊接热循环过程中的裂纹限制了其进一步应用。鉴于此,针对高速列车实际结构6082-T6门角接头中出现的裂纹进行分析,结果发现,裂纹主要存在热影响区位置,裂纹表面光滑,为典型的液化裂纹。通过能谱分析发现,弥散分布的细小Mg_(2)Si强化相是裂纹产生的主要原因,推测可能在焊接时发生液化:α(Al)+Mg_(2)Si=L,随后在焊接收缩应力作用下出现液化裂纹。

受电弓用6082-T6铝合金液化裂纹控制研究

6082-T6铝合金凭借其可塑性好、高强度等优势在电力车辆受电弓结构得到了广泛应用,但焊接热循环过程中因液化裂纹等缺陷严重危害复杂应力条件下的结构刚性。鉴于此,针对受电弓上框架管-管穿管焊样件裂纹形成机制展开分析,结果表明,Mg_(2)Si析出相数目和尺寸直接影响6082-T6材液化裂纹敏感性,当Mg_(2)Si尺寸较大且数量较多时,易出现焊接液化裂纹,而当Mg_(2)Si数量较少尺寸较小时,可以抑制液化裂纹。

搅拌摩擦增材制造6082-T6铝合金的耐腐蚀性能研究

通过FSAM技术成功获得了6082-T6铝合金增材块,并对其耐腐蚀性能开展研究。结果表明:通过剥落腐蚀评级与静态失重法均说明增材体的耐腐蚀性能优于母材;动电位极化曲线与浸泡腐蚀试验也说明增材体较于母材,其腐蚀倾向与腐蚀速率较低,沿增材高度方向自下而上,腐蚀倾向与腐蚀速率呈逐渐降低趋势;6082-T6铝合金经过FSAM后,其粗大带状晶粒转变为细小等轴晶粒,强化相(Mg_(2)Si相)数量减少且分布均匀,二者是导致增材体耐腐蚀性能高于母材的主要原因。

6082T6铝合金板搅拌摩擦焊接工艺研究

本文主要对3 mm厚6082T6铝合金搅拌摩擦焊接工艺进行研究,研究了轴肩下压量、焊接速度、旋转速度工艺参数对接头组织性能的影响,同时对焊接接头进行了金相、显微硬度、拉伸和弯曲等试验。结果表明3 mm厚度6082T6铝合金板搅拌摩擦焊最优工艺参数为,轴肩下压量0.15 mm、旋转速度1400 r/min、焊接速度1000 mm/min时,接头焊缝强度系数可达0.82。

Ni中间层对6061T6铝合金板/08Al异种金属电阻点焊接头的力学性能及组织的影响

通过在钢板上添加Ni中间层,成功实现了6061T6铝合金板与08Al钢板的可靠连接,显著提高了铝/钢点焊接头的力学性能。研究结果显示,采用预制Ni中间层工艺可控制Ni中间层在钢板上的厚度与分布,减少Al-Fe脆性金属间化合物的形成;相较于直接添加Ni箔中间层,预制Ni中间层工艺能有效增大焊核直径;钢板上激光熔覆Ni层的铝/钢电阻点焊接头最大拉剪力较高,比无中间层的接头最大拉剪力增大了35.5%。

脉冲电流对6061T6铝合金流动摩擦挤压成形微观组织的影响

通过在流动摩擦挤压成形过程中施加脉冲电流,研究了脉冲电流对6061T6铝合金流动摩擦挤压成形性能的影响,同时,借助EBSD和TEM研究了脉冲电流对变形区材料组织演变的影响规律。结果表明:脉冲电流降低了材料的变形抗力,提高了材料的流动性,在下行速度0.6 mm·min^(-1)、转速950 r·min^(-1)以及下压量3 mm条件下,施加3800 A的脉冲电流可使6061T6铝合金的流动摩擦挤压成形高度从15 mm提高到20 mm。脉冲电流的施加促进了变形过程中再结晶的发生,细化了不同变形区的组织,并提高了变形区大角度晶界的比例;流动摩擦挤压成形后材料内部存在大量的线性位错、网状位错以及由位错攀移形成的位错墙;施加脉冲电流后,材料在搅拌力和挤压力的复合作用下发生大塑性变形,晶粒破碎,形成大量的纳米晶。

6082铝合金搭接焊焊接性能研究

采用熔化极惰性气体保护焊对6 mm厚T6时效状态下的6082铝合金搭接接头进行焊接。分析了不同工艺参数下对焊接接头外观成形、微观组织及力学性能的影响,并通过SEM扫描电镜对断裂形貌进行了分析。研究发现,随着焊接速度的降低,焊接热输入增加,气孔聚集于焊缝顶部,焊缝根部气孔减少;热影响区出现软化现象,硬度值低于焊缝硬度;焊缝靠近热影响区域为柱状晶组织;焊缝中心为等轴晶合组织,热影响区靠近母材区域发现晶间液化现象;Mg, Si, Fe和Mn等合金元素在焊缝中偏聚形成晶间析出相;搭接接头抗拉强度最高达222 MPa,虽然焊缝内存在大量气孔,断裂行为仍属于韧性断裂。

高温环境对6082T6铝合金局部腐蚀行为的影响

环境温度对铝合金的腐蚀行为有显著影响。通过晶间腐蚀试验(IGC)、剥落腐蚀试验(EXCO)、金相分析、透射电镜分析等手段研究了高温环境对6082T6铝合金抗晶间腐蚀性能、抗剥落腐蚀性能的影响。结果表明:6082T6铝合金在70℃环境下的晶间腐蚀和剥落腐蚀倾向均高于标准测试温度下的,高温环境下6082T6铝合金的耐腐蚀性能降低;6082T6铝合金的抗剥落腐蚀性能与抗晶间腐蚀性能相关,随环境温度的升高,晶间腐蚀倾向性增大,剥落腐蚀的倾向性随之增大。

6082-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头组织与性能研究

采用双轴肩搅拌摩擦焊方法对4 mm厚6082-T6铝合金板进行对接试验,对接头的组织和力学性能进行了研究。结果表明,接头焊核区发生了动态再结晶,呈现出典型的等轴细晶组织。在下压量为0.2 mm,搅拌头转速为700 r/min,焊接速度为300 mm/min的参数下,接头的抗拉强度为222.42 MPa,约达到母材的70.1%。拉伸接头在热影响区发生断裂,呈现出典型的韧性断裂模式;焊接接头横截面的硬度呈“W”形分布,硬度值在接头两侧的热影响区位置最低。接头的正弯、背弯强度接近,均在24 MPa左右。在搅拌针表面螺纹向下挤压作用下,在近下轴肩区域上下塑性流动材料交汇产生弱连接现象,导致接头的背弯试样断裂程度更大。

T6态ZL105-(Pr+Ce)合金的组织及力学性能研究

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、EDS分析仪、布氏硬度与拉伸试验研究了混合稀土与T6热处理对ZL105合金的微观组织及力学性能的影响。结果表明,当添加0.5wt%的稀土(Pr+Ce)后,ZL105合金的α-Al相、共晶Si相及富Fe相均被细化。ZL105-0.5wt%(Pr+Ce)合金经T6热处理后,α-Al相进一步细化,晶粒趋于圆整,共晶Si相也进一步细化,由长条状转变为短颗粒状,但是富Fe相的形貌和尺寸没有发生明显变化。T6态ZL105-0.5wt%(Pr+Ce)合金的抗拉强度、伸长率及硬度分别为257.7 MPa、7.0%、98 HB。T6态ZL105-0.5wt%(Pr+Ce)合金的断口为典型的塑性断裂特征,断口表面出现了许多韧窝,主要以小韧窝为主,分布较均匀且密集。T6热处理后合金的力学性能得到了显著改善。

6082T6铝合金激光焊接数值模拟研究

基于simufact welding焊接有限元分析软件,建立了6082T6铝合金板材激光焊接对接接头有限元模型,研究了焊接接头的熔池横截面形貌、热循环曲线及残余应力分布情况,通过试验验证了激光对接模拟的可靠性。结果表明:在保证热源校核准确的前提下(熔池横截面形貌误差小于10%),模拟的热循环曲线和应力分布曲线的变化趋势与焊接试验一致。焊缝区和近焊缝区的横向拉应力和纵向残余应力比远离焊缝区的母材区大。

6082铝合金中厚板高频脉冲MIG对接焊工艺及接头的残余应力

采用高频脉冲MIG焊和常规脉冲MIG焊进行了6082-T6铝合金8 mm厚板的对接焊工艺试验(焊接接头条件:焊接间隙1 mm,钝边为0.5 mm、坡口角度分别为50°和60°),对比分析了焊缝成形规律及焊后焊趾处的残余应力值。研究结果表明:两种焊接方法的焊缝成形质量良好,与常规脉冲MIG焊相比,高频脉冲MIG焊根部熔深较大,坡口角度为50°时,在相同的热输入(10.7 kJ/cm)条件下,根部熔宽增加约20%,坡口角度60°时,根部熔宽增加约16%;与常规脉冲MIG焊相比,高频脉冲MIG焊的气孔敏感性较小,焊接残余应力较小。坡口角度为60°时,横向残余应力(σy)降低约为18.5%,纵向残余应力(σx)下降约为8.3%;坡口角度为50°,横向残余应力(σy)降低约为18%,纵向残余应力(σx)下降约为7%;坡口角度由60°减小为50°,高频脉冲焊焊趾处的残余应力下降约6%。

6082-T6铝合金搅拌摩擦焊组织演变与力学性能

通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜、拉伸试验机和显微硬度计对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头焊缝区组织演变和力学性能进行分层研究.结果表明,在焊核区上层,材料发生塑性变形,晶格畸变能增加,为降低能量,大量的位错集聚成亚结构边界发生动态回复.同时在焊接热循环的作用下发生动态再结晶,导致焊缝区上层晶粒细小.在焊核区下层,主要受到搅拌针搅拌作用,轴肩产热通过扩散过程传递到下层的热量减少,发生动态回复和动态再结晶程度低于焊缝上层,晶粒粗大.前进侧和后退侧热影响区均出现棒状β'沉淀相.对应焊缝上、下两层硬度都呈"W"形分布,焊缝上层硬度高于焊缝下层硬度,最小值出现在前进侧.沿着焊缝长度方向上层和下层的抗拉强度分别为205,186 MPa,呈降低趋势,为韧性断裂.

转速对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊焊接接头织构的影响

采用电子背散射衍射技术,借助取向成像分析软件,研究了搅拌头在不同转速下,6082-T6铝合金搅拌摩擦焊焊核区上表面晶粒形貌、晶界特征、织构组分的演化.结果表明,在搅拌针所引入的剪切应力作用下,焊核区形成(110)[001]高斯织构和(114)[22ˉ1]织构,轴肩的顶锻压力使其沿着TD方向旋转一定角度,形成(112)[11ˉ1]铜织构,随着搅拌头转速的提高,晶粒沿着TD方向旋转角度增加,进一步形成(100)[011]剪切织构和(11ˉ1)[112]织构;焊核区晶粒受到搅拌针的挤压而形成[110]丝织构,搅拌头转速从1 200 r/min提高到2 000 r/min时,挤压程度增加,导致[110]丝织构组分显著增多.

铝合金6082-T6搅拌摩擦点焊接头力学性能

针对2mm厚的6082-T6铝合金进行无匙孔搅拌摩擦点焊搭接实验,通过正交试验方法得到最优点焊工艺参数;并对焊接接头进行剪切断口扫描分析和显微硬度测试.结果表明:搅拌摩擦点焊的最优工艺参数为搅拌头转速1 400r/min,搅拌针停留时间16s,搅拌头后退时间5s,接头剪切载荷最大值可达7.89kN;焊接接头的搅拌区显微硬度较高,热影响区的显微硬度较低;焊接接头剪切断口的断裂形式为混合断裂.

焊后时效处理对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头的影响

对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头进行自然时效和人工时效处理,通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜、拉伸实验机和显微硬度计对组织演变和力学性能进行研究。结果表明:人工时效处理后显微硬度比焊态和自然时效高10~25HV,提高焊核区和热机影响区硬度效果明显好于自然时效。经过焊后自然时效、人工时效的焊接接头力学性能得到一定程度的提升,人工时效析出相比自然时效析出相抗拉强度提高12%,延伸率降低9%,人工时效提高拉伸强度效果更明显。人工时效处理后,焊核区组织发生显著变化,NZ主要为GP区,经过人工时效后NZ强化效应随团簇和GP区尺寸增大及数量增多而加强。HAZ主要为粗大的β′,经过人工时效后变化不大,硬度基本保持不变。通过对微观组织进行研究发现析出物的形状由界面能和应变能决定。