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.

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。

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。

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.

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。

FSW对2A12铝合金时效成形的影响

为评价2A12铝合金FSW构件的时效成形工艺,研究了FSW对2A12铝合金时效成形的影响,设计了以时间为参数变量的带焊缝与不带焊缝时效成形工艺的对比试验,并进行FSW焊件与非焊件时效成形力学性能对比研究及成形性分析。结果表明,在其他条件相同的情况下,非焊接试样时效成形时,最佳回弹时效时间为10h,回弹率达25.41%;FSW焊件时效成形时,最佳回弹时效时间为8h,回弹率达33.49%。非焊接试样时效时间8h,抗拉强度达到463.4MPa;FSW试样时效时间8h时,抗拉强度达到354.1MPa。经时效成形处理的非焊接试样和FSW试样的强度均有提高,且非焊接试样的硬度明显高于焊接试样。FSW工艺对时效成形试样的回弹、力学性能及表面硬度均产生了不同程度的负面影响。

工艺参数对铝合金FSW接头性能的影响

研究了6061-T6铝合金的搅拌摩擦焊工艺参数对接头拉伸性能、硬度和微观组织的影响。研究结果表明:焊接过程中产生的热量不足会导致接头未能焊上,焊缝表面出现沟槽缺陷,降低接头的力学性能;产生的热量过多会致使热影响区晶粒粗大,降低接头的力学性能;在相同的焊速下,尽量选取较低的焊接旋转速度可以使焊缝与母材的硬度值更加接近,选用转速为800 r/min、焊接速度为200 mm/min时接头成型质量较好,抗拉强度较优。

车辆用铝合金FSW接头性能的研究

分析了车辆用6082-T6铝合金的搅拌摩擦焊(FSW)接头的微观组织与力学性能。结果表明:接头焊核区的微观组织是细小的等轴晶且被许多晶界分开,且焊核区晶粒尺寸大小不等,热机影响区晶粒有一定程度的长大和粗化,析出的强化相发生了溶解。接头强度、硬度均低于母材。

MIG焊和FSW焊对铝合金焊缝组织的影响

对异种铝合金进行搅拌摩擦焊和熔化极气体保护焊进行对比试验,利用光学显微镜以及扫描电子显微镜对焊接试样的微观组织进行观察,研究搅拌摩擦焊与熔化极气体保护焊组织变化的微观机理。

6082-T6铝合金FSW接头分层晶间腐蚀行为研究

对42 mm厚6082-T6铝合金进行双面搅拌摩擦焊接,采用晶间腐蚀试验研究了接头分层试样的晶间腐蚀行为,结合接头微观组织、显微硬度和微区析出相特征,分析了影响接头微区晶间腐蚀行为的关键因素。研究结果表明,上、下表层焊核区为细小的等轴晶组织,搭接的焊核区经过双重搅拌作用,晶粒更为细小。接头表层和中心层的显微硬度分别呈W型和V型分布,接头的腐蚀程度与显微硬度没有对应关系。接头各层的母材和HAZ2均发生严重的晶间腐蚀,而其他微区未发现明显的晶间腐蚀现象。母材区晶内析出相与沉淀无析出带之间的电位差和HAZ2区晶界上的富Cu相粒子是导致晶间腐蚀敏感性较大的根本原因。