基于焊接速度的6082铝合金FSW接头组织与力学性能调控研究

为研究焊接速度对6082铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头微观组织和力学性能的影响,并建立基于焊接速度的FSW接头组织与性能调控规律。通过金相观察、电子背散射衍射(EBSD)分析、硬度测试、室温拉伸和弯曲试验等手段,对四种不同焊接速度(500 mm/min、750 mm/min、1000 mm/min、1250 mm/min)下FSW接头的微观组织和力学性能进行表征。结果表明,随着焊接速度的增大,FSW接头的微观组织发生显著变化。焊核区(NZ)发生连续动态再结晶,形成细小的再结晶晶粒组织,其平均晶粒尺寸从3.8μm减小至2.3μm,再结晶分数从83%减小至57.3%;热机影响区(TMAZ)发生部分动态回复和部分动态再结晶,晶界处出现少量细小等轴晶粒,晶内形成大量亚晶组织。亚结构比例和小角度晶界比例显著增加,分别为69.2%和60.1%;受焊接热影响,热影响区(HAZ)相比母材区(BM)的晶粒尺寸略有增大,再结晶程度和晶界角度分布与母材相似。力学性能方面,随着焊接速度增大,FSW接头硬度最低值从72.3 HV增大至81.2 HV,焊接系数从74.7%提升至89.0%,热影响软化区明显缩小,但在1250 mm/min焊速下FSW接头背弯试样产生裂纹。基于焊接速度的调控模式,1000 mm/min焊接速度下FSW接头具有最优的力学性能。

7075铝合金FSW焊接接头在海水中的腐蚀演化行为

通过形貌观察、极化曲线分析、加速腐蚀试验等,研究了7075铝合金搅拌摩擦焊(FSW)焊接接头各区域及其母材在模拟海水中的全过程腐蚀机理。结果表明:该焊接接头各区域及其母材不同的显微组织和第二相是决定其腐蚀形貌特征和耐蚀性不同的主要原因;随着腐蚀时间的延长,焊接接头各区域的腐蚀损伤按照点蚀-晶间腐蚀-剥落腐蚀的顺序演变,并循环往复进行;该FSW焊接接头各区域的海水腐蚀损伤程度均高于母材,且热影响区(HAZ)在腐蚀过程中的腐蚀损伤程度最重,是FSW焊接接头耐蚀性最差的区域。

Simulation of phased array S-scan acoustic field in FSW joint of aluminum alloy extrudate with complex shape

The shape of aluminum alloy extrudate used in high-speed train is complex, structural noises from the surfaces of the extrudate will be received when using ultrasonic phased array to detect the flaws in FSW. To solve this problem, ultrasonic phased array acoustic field model and propagation simulation of acoustic waves were introduced to simulate the acoustic pressure distribution and the propagation of the acoustic waves. With the methods above, the detection parameters can be optimized and as a result, the experimental process can be simplified and the detection efficiency can be improved. Meanwhile, the echoes in the S-scan images can be predicted, which can help analyze the detection results and judge the defects.

协同双面搅拌摩擦焊接技术

协同双面搅拌摩擦焊接(SDS-FSW)作为搅拌摩擦焊接技术的一种新的改进形式,显著改善了传统搅拌摩擦焊接变形大、焊接效率低等问题,对焊接质量也有提升作用,适用于大尺寸、大厚度的板材或型材的焊接。但目前SDS-FSW仍处于初始研发阶段,相关的理论及应用研究较少,研究成果主要集中在6061铝合金上。本文主要介绍SDS-FSW技术的发展历程、技术特点与典型研究结果及应用前景,以期为SDS-FSW技术的发展及实际工程推广提供参考。

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。

2060铝锂合金FSW接头微观组织和力学性能

对2060铝锂铝合金FSW接头性能进行分析,采用光学显微镜、SEM、EBSD等手段对2060铝锂合金的微观组织、拉伸性能、显微硬度、断口形貌、各向异性等性能进行分析.结果表明,最高强度系数为89.9%,最高延伸率为9.44%;FSW接头各向异性不明显;2060铝锂合金主要强化相为Al2Cu Li,并且沿一定晶体学取向分布,对基体有较强的强化作用.在焊核区及热影响区处,析出相溶解,在冷却过程中析出并长大,与基体没有特定的晶体学取向关系,形成粗大的平衡相;由于焊接过程中剧烈的塑性变形与动态再结晶,织构变为弱织构,不存在明显的晶体学取向.

铝/钢FSW接头界面层组织和力学性能的研究

研究了焊接速度对铝/钢异种金属搅拌摩擦焊(FSW)搭接接头宏观形貌、界面层显微组织和拉剪载荷的影响。结果表明:采用铝板在上,钢板在下的搭接接头形式,搅拌针进入钢板焊接,可以获得拉剪载荷较高的焊接接头;焊接速度较低时,焊核处出现的"洋葱瓣"状结构和界面层的冶金结合对接头强度起主要作用,随着焊接速度的提高,焊核处出现了隧道式孔洞,"洋葱瓣"状结构趋于不明显,界面结合宽度减小,界面层冶金反应有减弱的趋势,从而导致了接头拉剪破坏载荷降低。

搅拌头转速对YL113压铸铝合金FSW接头组织性能的影响

对4 mm厚的压铸态YL113铝合金进行了搅拌摩擦焊工艺试验研究,采用OM、SEM/EDS、XRD、万能拉伸试验机等分析研究了搅拌头转速对接头的微观组织和力学性能的影响。结果表明,当焊接速度为40 mm/min时,搅拌头转速在700~1 500 r/min范围内均可获得成形良好、无外观缺陷的焊缝,焊缝截面呈倒梯形,前进侧有明显分界线,而后退侧分界线模糊。热影响区保持铸态的枝晶形貌,但晶粒有一定程度的长大。热机影响区组织呈带状并遗传了母材组织的孔洞缺陷,其中前进侧的孔洞呈纤维状,其数量和尺寸随搅拌头转速增加而增加;后退侧除转速700 r/min时出现类裂纹状缺陷外,其余转速均有大尺寸孔洞缺陷出现,且数量和尺寸随搅拌头转速增加而增加。焊核区为典型变形组织,Si和其他第二相均呈细小颗粒状弥散分布。随搅拌头转速增加,焊接接头抗拉强度和伸长率均呈先增后减的规律,搅拌头转速为900 r/min时,抗拉强度和伸长率均达到最大值。

2219铝合金FSW与VPPA交叉焊接研究

探讨了8 mm厚2219铝合金FSW与VPPA交叉焊缝性能,研究了交叉焊缝的力学性能.焊接接头常温的抗拉强度在260 MPa以上,断后伸长率为7.5％～9.5％.对交叉焊焊缝与VPPA焊焊缝进行显微组织与硬度分析,2种接头组织为无明显结晶方向的细小铸造组织,共晶组织、形状、尺寸无显著差异;2种接头硬度分布曲线呈V形:两侧母材硬度较高,母材到焊缝中心的硬度呈现下降的趋势,在焊缝中心出现一个极小值.与VPPA焊焊缝相比,交叉焊接头的焊缝区较宽,硬度“软化区”较大.

飞机铝合金型材结构FSW焊接

提出了搅拌摩擦焊接F(rictionStirWelding,FSW)技术的3个基本要素,对铝合金型材FSW焊接件在航空结构中的几个典型应用进行了分析。并简要介绍了中国搅拌摩擦焊中心在铝合金型材搅拌摩擦焊接方面的研究成果。中国搅拌摩擦焊中心的研究表明,采用搅拌摩擦焊技术焊接铝合金能够得到比较满意的接头强度。

铝合金浮动式双轴肩FSW接头组织性能分析

对12 mm厚6082-T6铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接头微观组织及力学性能进行了分析研究.结果表明,焊核区发生了动态再结晶和沉淀相溶解,热影响区晶粒和沉淀相粗化;沿焊缝横截面硬度的分布呈高-低-高-低-高的W形分布趋势,且接头沿厚度方向上、中、下层硬度分布趋势较为一致,硬度最低值出现在热影响区;断口形貌分析表明,接头断裂模式为韧-脆混合型断裂;主轴旋转频率600 r/min,焊接速度为300 mm/min,搅拌头倾角为0°时,接头抗拉强度达到了231 MPa,可达母材的79%.

铝锂合金FSW焊接接头性能

研究2060铝锂铝合金FSW焊接接头性能,采用光学显微镜、SEM等手段分析2060铝锂合金的微观组织、拉伸性能、显微硬度、断口形貌等性能,结果表明:在用FSW焊接2060铝锂合金过程中,当转速升高时,焊核区硬度升高;当焊速升高时,焊核区硬度基本不变,但热影响区硬度最低点向远离焊核区中心的方向移动;较高的焊接速度下(200 mm/min),随转速增加,接头强度逐渐升高,强度系数最高可达到89%;在较低焊接速度下(80 mm/min),随转速的增加,接头强度最高可达母材的87%,延伸率为10%;当转速较低时,断口呈层状结构;当转速较高时,断口出现小的韧窝。

搅拌摩擦焊修复2A12铝合金蒙皮裂纹的接头显微组织与力学性能研究

针对1.5 mm厚2A12-T4飞机铝合金蒙皮裂纹缺陷,采用搅拌摩擦焊(FSW)工艺进行裂纹修复,对FSW接头的显微组织演变、力学性能特征及材料流动行为进行研究。结果表明:修复后接头表面成形较好,弧纹均匀清晰无明显缺陷产生,轴肩作用区边缘出现轻微飞边;接头宏观组织观察到明显的包铝层被搅拌进入基体的现象;接头横截面形貌呈梯形分布,分为母材区、热影响区、热力影响区及搅拌区;搅拌区晶粒发生动态再结晶,形成平均晶粒尺寸为2.68μm的均匀细小等轴晶,远小于平均尺寸为16.94μm的母材区晶粒;修复后接头抗拉强度为379.88 MPa,达到母材强度的91%;修复接头断裂位置发生在前进侧热力影响区附近,断面宏观较平整,但微观存在明显的撕裂棱及韧窝。

喷射成形7475铝合金FSW工艺与性能

采用搅拌摩擦焊(FSW)方法对厚度为4 mm的喷射成形7475铝合金进行了焊接工艺及性能研究,通过优化搅拌头的形状和尺寸,调整焊接工艺参数得到了表面成形良好的焊接接头,经过力学性能测试和微观分析.结果表明,当焊接工艺参数选择合适时,可得到外形美观、无缺陷的焊缝;如果工艺参数选择不当,则会出现沟槽、飞边和隧道形缺陷;还发现焊接接头力学性能与焊接工艺参数存在一定的关系,在旋转频率为1 200 r/min,且焊接速度为80 mm/min时,可以获得较好的焊接性能,抗拉强度可以达到442 MPa.

基于DEFORM-3D的纯铝快速冷却搅拌摩擦焊数值模拟和试验研究

采用DEFORM-3D软件建立了A1050纯铝传统搅拌摩擦焊(FSW)和快速冷却FSW焊缝的有限元模型,分析了冷却介质对焊缝温度场和微观组织演变的影响规律,并采用电子背散射衍射技术对两种FSW试验的结果进行分析,以验证模拟结果。结果表明:在焊接过程中通过添加冷媒介质,快速冷却FSW的峰值温度较传统FSW明显降低,在搅拌头后方快速冷却FSW的温度梯度明显大于传统FSW。快速冷却FSW焊缝的晶粒尺寸减小、小角度晶界比例增加且位错密度更高。模拟结果与试验结果基本吻合。

2A12铝合金FSW板材时效成形性研究

为评价2A12铝合金搅拌摩擦焊构件时效成形工艺,设计了以时间参数为变量的焊后时效成形工艺模拟试验,进行了FSW(FSW-搅拌摩擦焊)焊件蠕变时效力学性能及成形性研究。结果表明,在搅拌头转速750 r/min、焊速60 mm/s的焊接工艺参数下,当时效成形时间为8 h时,FSW焊接件抗拉强度达到354.1 MPa,为母材强度的79.2%,其断裂位置基本位于热影响区前进侧。在该工艺下最佳回弹时间为8 h,此时回弹率为33.49%。硬度最低点在热影响区,该区域内硬度随时效时间的增加呈递减趋势。

铝合金FSW和EBW焊接接头组织性能对比研究

FSW和EBW都十分适合用于铝合金的焊接。本文通过采用FSW和EBW两种焊接方法对8 mm厚的2219铝合金进行焊接,并对其焊接接头的组织、硬度及抗拉强度、断口形貌等进行了对比和分析。结果表明,二者的焊缝组织晶粒度均大于母材,断口均以韧性断裂为主,且EBW接头拉伸断口主要位于热影响区与母材交界处,接头抗拉强度可达到母材的97.3%;FSW接头拉伸断口位于焊缝处,抗拉强度略低于EBW。

6005A-T6/6082-T6铝合金FSW与MIG接头组织与性能研究

采用光学显微镜、拉伸试验机、显微硬度计和疲劳试验机对FSW及MIG焊接接头的微观组织及力学性能进行了研究。结果表明:FSW焊核区为细小的等轴晶,热机械影响区呈现为被拉长的畸变晶粒,热影响区的组织明显粗化;MIG接头焊缝区晶粒为明显的铸态组织,热影响区晶粒长大情况也比FSW严重。与MIG相比,搅拌摩擦焊焊接(FSW)接头的抗拉强度相对较高,最小硬度值出现在后进侧的热影响区;高周疲劳(Nf>107)时,FSW的接头疲劳强度高于MIG接头疲劳强度,高出约14%。

6061铝合金FSW接头与MIG焊接头对比试验

采用搅拌摩擦焊(FSW)和MIG焊分别对6061铝合金板进行了焊接试验,测试了焊接接头的强度,观察了焊接接头的金相组织,并进行了接头的硬度分布测试。结果表明,搅拌摩擦焊接头抗拉强度高达212.05 MPa,是母材抗拉强度的86%,比MIG焊的接头强度略高。焊接接头软化区宽度比MIG焊接头软化宽度窄。6061铝合金母材为典型的轧制组织,焊核区为细小的等轴晶组织,MIG焊接头焊缝为柱状晶组织。

6061铝合金FSW焊缝时效组织与力学性能研究

研究了6061铝合金搅拌摩擦焊接(FSW)焊缝单级时效和二级时效处理后组织与力学性能变化,结果表明:6061铝合金FSW焊缝固溶后自然时效处理,硬度为52HV,抗拉强度200 MPa;6061铝合金FSW焊缝固溶后再经(180℃×6 h)单级峰时效(T6态),硬度为93HV,抗拉强度为320 MPa,伸长率为12%;6061铝合金FSW焊缝经120℃×4 h+180℃×4 h二级峰时效处理后,硬度为112HV,抗拉强度为375 MPa,伸长率为11%。二级峰时效的试样组织中出现了条絮状析出相,并与针状析出相发生缠结,对位错移动产生阻碍,这是铝合金FSW焊缝经二级峰时效后强度和硬度比单级峰时效更高的重要原因。