冷却条件对2219-T62铝合金厚板搅拌摩擦焊接头耐蚀性的影响

通过开路电位(OCP)、动电位极化曲线、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究水冷和空冷对20 mm厚2219-T62铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头在3.5%NaCl溶液中耐蚀性的影响。结果表明,与2219铝合金母材和FSW焊缝热影响区相比,具有较高电位、较低腐蚀电流密度和细小均匀沉淀强化相的2219铝合金FSW焊缝焊核区,在3.5%NaCl溶液中具有较好的耐蚀性。与空冷接头相比,水冷FSW接头的耐蚀性明显提高。通过显微组织形貌分析可知,2219铝合金FSW接头在含氯离子腐蚀溶液中的耐蚀性取决于电位的高低和第二相粒子尺寸和分布。

GH3044线性摩擦焊接头组织特征及其形成机制

进行了固溶强化型镍基高温合金GH3044线性摩擦焊接试验,光镜与扫描电镜组织观察、EDS成分分析及拉伸测试表明,接头中焊缝与热力影响区晶粒明显细化,碳化物分布发生改变使焊缝与热力影响区均可见明显流线,但未对接头拉伸强度造成影响,接头拉伸强度与母材相当。EBSD分析表明,接头主要发生了不连续动态再结晶,并伴随部分连续动态再结晶及静态再结晶,使焊缝与热力影响区中小角度晶界比例大幅增高,孪晶界大幅减少。热力影响区中小角度晶界比例更高,是因为该区形成较强织构而焊缝区再结晶更为充分。

静止轴肩搅拌摩擦焊接研究进展及展望

静止轴肩搅拌摩擦焊(SSFSW)作为固相连接领域中搅拌摩擦焊接(FSW)技术的一种重要衍生方法,显著改善了FSW接头表面过热、温度梯度大以及板厚减薄等问题,在轻质合金、低热导率材料、中厚板以及角焊缝等结构焊接中具有巨大的应用潜力。综述了现阶段SSFSW的主要研究进展,涉及SSFSW过程的基本原理、成形特征、微观组织以及力学性能等,以期SSFSW技术形成系统的认知,并展望了其发展前景。

TA19钛合金线性摩擦焊接试验研究

为了探索TA19钛合金线性摩擦焊合适的工艺规范,在不同摩擦压力下进行了TA19钛合金线性摩擦焊接试验,并对焊接接头的组织特征和力学性能进行了分析。组织分析结果显示,焊缝区为再结晶组织,晶粒有所细化;热力影响区晶粒发生不同程度的变形,晶粒沿摩擦方向伸长;热影响区β相含量增加,推测发生了β相转变,β相层片状组织变厚,使等轴初生的α相晶粒有所减小。力学性能试验结果显示,焊接接头各区显微硬度均高于母材;拉伸试样断在母材区,接头强度不低于母材;接头平均冲击韧性均大于母材,冲击性能良好。研究结果表明,TA19钛合金线性摩擦焊焊接工艺窗口宽,在差异较大的摩擦压力下均能获得高质量接头。

焊接压力对TB2钛合金线性摩擦焊焊接接头组织性能的影响

为了研究线性摩擦焊焊接压力对焊接接头组织和性能的影响,以TB2钛合金为研究对象,在不同焊接压力下进行了线性摩擦焊焊接试验,并对接头进行了微观组织观察和力学性能测试。金相试验结果显示,焊缝界面两侧组织发生了明显的再结晶,接头热力影响区中,越靠近焊缝的晶粒变形程度越大;随着焊接压力的增大,焊缝再结晶晶粒尺寸和焊缝区的宽度也逐渐减小,热力影响区中晶粒变形程度增大,再结晶晶粒更加细小,再结晶位置由变形β晶粒内部和晶界转变为仅在β晶界。拉伸试验结果表明,摩擦压力大于70 MPa时,接头抗拉强度高于母材;摩擦压力为40 MPa时,结合面易形成氧化物残留,进而严重影响接头性能。

焊接顺序对电动汽车电池盒铝合金框架残余应力及焊接变形的影响

针对电动汽车电池盒铝合金框架结构复杂、焊缝多、焊后尺寸精度要求高的难题,提出采用4把焊枪同步进行熔化极惰性气体保护焊(MIG焊)的方法。基于数值仿真技术,对比分析了4种不同焊接顺序下框架的残余应力及焊接变形。结果表明,4种焊接策略下电池盒框架的残余应力分布规律相似,主要集中在焊缝;“M”形由外及里焊接策略的最大等效残余应力平均值最小,为147 MPa。不同焊接策略的变形分布存在较大差异。采用“W”形内外交替的焊接顺序,首先将中间横梁、短梁与边框连接在一起,增大了电池盒框架抗变形能力,然后焊接其余焊缝,框架的平衡对称状态能抵消部分变形,最大变形量0.54 mm,在4种焊接策略中变形最小。

冷喷涂复合加工制造技术及其应用

冷喷涂是一种固态快速成形技术,现已用于增材制造、修复损伤的航空航天用零部件等。但冷喷涂沉积体的固有特性--高强低塑,限制了其工业应用。本文综述了冷喷涂复合加工技术的新进展及应用。重点讨论了冷喷涂可复合机械加工和喷丸等普通加工技术,也可与激光、热处理、热轧、热等静压、搅拌摩擦加工、搅拌摩擦焊和钎焊等热加工技术复合,提升冷喷涂沉积体的强塑性,以及冷喷涂层作为强化层促进有色金属的连接。最后指出冷喷涂与多种机械加工工序的协调、与焊接技术的复合等方面仍需加强,旨在复合其他技术来扩展传统加工制造的内涵。

冷喷涂改善2219铝合金熔焊接头残余应力新方法

目的采用冷喷涂技术改善2219铝合金变极性钨极氩弧焊(VPTIG)焊接接头残余应力。方法采用冷喷涂技术在8 mm厚2219铝合金VPTIG焊接接头表面进行Cu涂层制备,分析冷喷涂前后接头微观组织、力学性能及残余应力的变化,探究冷喷涂过程中高速碰撞颗粒的"喷丸效应"与加热气体的"热效应"对接头残余应力的改善作用及内在机制。结果冷喷涂前后,接头整体的微观组织无明显变化,但在焊缝表面(Cu涂层与焊缝结合面处)观察到明显的塑性变形。冷喷涂后,焊缝区上表面显微硬度提高,作用深度约2 mm(余高处);接头抗拉强度表观上稍有降低,这是由于涂层对焊缝的拉伸应变局部化改变所致,"喷丸效应"与"热效应"单独作用下,接头抗拉强度无明显变化,所有拉伸试样均从焊趾处沿着熔合区发生断裂。焊态接头残余应力分布总体呈拉应力状态,在焊缝处最大,经过冷喷涂后,焊缝残余拉应力峰值从约200MPa降到约24MPa,大部分区域从拉应力变为压应力,且分布均匀性变好。结论冷喷涂技术可以显著改善VPTIG焊接接头残余应力分布。冷喷涂粒子的"喷丸效应"对基体残余应力的改善作用显著。高温气流的"热效应"虽未能显著降低残余应力,但使应力分布变得均匀。

热循环对金带微电阻点焊接头连接界面及抗拉力的影响

针对金带/陶瓷基板镀金层组合互连结构,制备单面微电阻点焊焊点,在模拟空间环境温度交替变化的条件下,即-65℃~150℃,温度转换时间<1分钟,高低温保温时间各15分钟,进行500次的热循环试验。借助聚焦离子/电子双束电镜和拉力测试机,研究焊点的微观界面、断裂模式及抗拉力,分析有无热循环焊点连接界面变化机理及焊点的可靠性。结果表明,热循环过程中,焊点连接界面上未紧密接触的孔洞,在畸变能差驱动的界面扩散作用下,从孔颈处开始接触并发生原子结合,尺度减小。未经热循环焊点和经历了热循环试验的焊点,断裂模式均为金带颈部断裂,平均拉力值变化不超过10g,其差异主要由热循环试验热应力对金带的损伤程度不同引起。在模拟空间环境热循环试验条件下,金带/陶瓷基板镀金层组合互连结构单面微电阻点焊焊点具备高可靠度。

冷喷镍中间层铝/钢电阻点焊接头组织及力学性能

针对6061-T6铝合金和DP600双相钢的电阻点焊,焊前采用冷喷涂方法在铝合金母材待焊表面制备镍中间层,焊接时在电极和铝合金间添加低碳钢板辅助工艺垫片。借助金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪和万能试验机,研究了点焊接头的组织、力学性能及镍层的作用机理。结果表明,接头界面明显,铝合金侧和钢侧分别形成了鼓状和椭圆形熔核。铝合金侧熔核近熔核线区为树枝晶,熔核中心为等轴晶;双相钢侧热影响区为马氏体和铁素体,熔核中心为较粗大的板条状马氏体。镍中间层可在一定程度上阻止焊接过程中Al-Fe的互扩散,抑制Al-Fe金属间化合物的形成,界面金属间化合物层厚度小于2μm,接头平均拉剪力达5.17 kN。

冷喷涂固态增材制造沉积体形貌控制数值模拟的研究进展与展望

冷喷涂固态增材制造技术因其沉积效率高、喷涂速度快、热影响小等优点,逐渐成为各国研究热点.但由于沉积原理与目前发展较为成熟的传统激光增材制造技术具有显著不同,沉积体的形貌控制成为了限制其应用的难点.基于现有的冷喷涂条件对沉积体形貌影响的研究结果,结果表明,数值模拟成为了形貌预测与控制的主要方法.因此,综述了冷喷涂沉积体形貌预测的不同数值模拟方法,总结了各个方法的特点,最后对冷喷涂沉积体形貌模拟的现存难题及未来发展方向进行了展望.创新点:数值模拟成为了冷喷涂增材制造沉积体形貌预测的主要方法,为沉积体形貌控制和喷涂路径规划提供了理论指导.

电脉冲处理对金属材料组织、力学性能影响的研究进展

多能量场辅助材料加工成形是先进制造技术发展的重要方向,其中电脉冲处理(EPT)是一种利用脉冲电流实现材料微观组织调控与力学性能改善的新型处理技术,在辅助金属材料制备和加工等领域有着广阔的应用前景。电脉冲处理具有能量利用率高、作用时间短等优点,在提高材料塑性、促进再结晶和相变等方面具有传统热处理无法比拟的优势。近年来,金属材料组织、力学性能对电脉冲处理的响应行为受到国内外学者的广泛关注。当脉冲电流加载于金属材料时,电场作用下的漂移电子与材料内部组织会发生相互作用,产生焦耳热效应、电迁移效应等电致塑性效应。因此,电脉冲处理能够增强原子扩散、促进位错运动,提高材料塑性变形能力。同时,脉冲电流能够显著促进晶粒细化、固态相变与织构弱化,从而使材料获得优异的综合力学性能。此外,电脉冲处理还可以实现材料内部孔洞和微裂纹的修复,有效抑制裂纹的扩展,从而提高材料的断裂韧性和延长材料的疲劳寿命。本文基于现有研究现状,从晶粒细化、固态相变、裂纹修复等方面,总结分析了电脉冲处理对金属材料微观组织和力学性能的影响规律与作用机制,同时,简要介绍了电脉冲处理改善焊接接头成形特征和性能的相关研究,最后对电脉冲处理技术后续研究进行了展望。

TC4/TA15异种钛合金激光焊焊缝的显微组织和高温力学性能

研究不同焊接工艺参数条件下TC4/TA15异种钛合金激光焊接接头的显微组织和高温力学性能。结果表明:TC4/TA15异种激光焊焊缝熔合区由含针状α’马氏体的粗化β柱状晶组成,热影响区主要由初始α相和β转变相组成,TA15侧热影响区的宽度窄于TC4侧热影响区的宽度。TC4/TA15异种接头的屈服强度和抗拉强度随温度的升高而降低,高温拉伸强度从高到低的顺序为TA15母材>异种接头>TC4母材,800°C时塑性变形程度最高。TC4/TA15异种接头横截面的最高显微硬度位于焊缝中心,热处理后接头的显微硬度整体降低,但硬度分布特征未发生改变。异种接头的高温拉伸断裂均发生在TC4母材侧,并在拉伸过程中发生明显颈缩,微观断口呈现韧性断裂特征。

冷喷涂制备镁铝合金块体材料的组织及物相分析

为了制备高性能镁铝合金块体材料,采用冷喷涂技术在铝基体上制备了镁铝合金块体样品,并研究了粉末粒子的沉积行为、块体样品的宏观形貌、微观组织、物相及化学成分。结果表明,不同比例的镁铝混合粉均能实现沉积,但随着铝含量的增加,镁铝块体样品表面变得凹凸不平;镁铝块体样品中镁、铝剧烈塑性变形呈扁平状;制备的镁铝块体样品未发现相变及氧化物,内部残余压应力较弱;块材中的变形粉末未经历热影响,也未发生晶粒长大、细化等现象;与镁铝混合粉相比,镁铝块体样品中镁的质量占比明显偏高。

铝合金薄板高转速搅拌摩擦焊接头组织与力学性能

采用高转速微型搅拌摩擦焊接工艺实现了0.8 mm厚6061-T6铝合金薄板对接。利用OM、SEM、TEM及EBSD等测试技术探讨了高转速对接头微观组织及力学性能的影响规律。结果表明,高转速焊接6061-T6薄板时,焊缝表面成型良好,焊缝各区域组织呈连续均匀过渡。与常规搅拌摩擦焊相比,高转速工艺下,焊缝区b-Mg2Si、S相(Al2Cu Mg)和Al8Fe2Si析出相数量增多,特别是长条状b-Mg_2Si数量增多,焊缝区显微硬度值明显提升;转速8000 r/min、焊速1500 mm/min条件下,接头最大抗拉强度高达301.8 MPa,是母材抗拉强度(351.7 MPa)的85.8%;转速对6061-T6铝合金超薄板高转速搅拌摩擦焊对接接头抗拉强度影响较小,接头断裂模式为脆性断裂为主的韧-脆混合断裂。

序言

陕西省摩擦焊接工程技术重点实验室是经陕西省科技厅和教育厅于1997年12月批准开始组建,并于1998年10月通过验收。为了纪念陕西省摩擦焊接工程技术重点实验室成立20周年,2019年1月15日在西安召开了专题学术研讨会(50余名师生参加,包括8名校外邀请专家),实验室各个团队也汇报了各自的研究进展。

TC4钛合金表面冷喷涂制备CuNiIn涂层组织及其微动磨损性能研究

为推动冷喷涂技术在航空防护涂层领域的应用,采用氮气冷喷涂技术在TC4钛合金表面制备了CuNiIn涂层,使用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计和微动磨损试验机对涂层宏/微观组织、显微硬度及微动磨损性能进行了分析。结果表明:越靠近基体,涂层致密性越好,整体涂层孔隙率约为2.8%,涂层微观组织较粉末原始组织有一定细化;涂层硬度值自基体向表面沿厚度方向有增大的趋势,靠近基体一侧硬度平均值为274 HV_(2N),靠近表面的涂层硬度稳定在300 HV_(2N)左右;微动位移较小时,涂层失效机制主要是黏着磨损,磨损形貌为椭圆形,微动位移较大时,以磨粒磨损为主,磨损形貌接近圆形。

单静止上轴肩BT-FSW工艺过程及成形机理

以AA6056铝合金单静止上轴肩双轴肩搅拌摩擦焊(stationary upper shoulder bobbin tool friction stir welding,SSUBT-FSW)接头为研究对象,通过数值模拟与试验相结合的方法,阐明了SSUBT-FSW温度场与应变场分布规律及接头成形机理.结果表明,SSUBT-FSW的上轴肩处于静止状态,有效增加了焊接稳定性,并将最大扭矩减小至55 N·m(常规双轴肩搅拌摩擦焊最大扭矩65 N·m).静止上轴肩对焊缝表面施加顶锻压力,促使弧纹的波峰与波谷的高度差从60μm减小至10μm,显著提高了接头表面光洁度.下轴肩旋转所产生的塑性应变区直径大于搅拌针,促使接头横截面等效塑性应变场呈梯形分布,与横截面温度场具有高度吻合性. SSUBT-FSW过程中产生材料非对称性流动行为,靠近下轴肩的材料流动性显著优于静止上轴肩.

冷喷涂铜涂层研究进展

冷喷涂技术自其发现,就在制备致密金属涂层方面表现出突出的优势,但有时候涂层性能并不能满足工业需要。鉴于此,以被广泛关注的纯铜为例,主要综述了近年来国内外冷喷涂铜涂层的工艺与性能特征,讨论了4种后处理工艺对冷喷涂铜涂层组织及性能的影响,并给出了冷喷涂铜涂层在主要领域的应用,最后对冷喷涂制备纯铜仍然存在的难题与解决策略进行了分析展望。

无针搅拌摩擦点焊材料流动行为及其与接头宏观形貌、晶粒特征的相关性

搅拌摩擦焊接头材料流动行为是优化焊接工艺的根本所在,目前关于无针搅拌摩擦点焊流动行为尚未形成统一的认识。以0.02 mm镍箔为示踪材料,采用轴肩端面具有渐开线凹槽的无针搅拌头,改变旋转速度和焊接时间进行1.8 mm厚2198-T8铝锂合金搭接搅拌摩擦点焊试验,借助微焦点锥束三维CT设备、扫描电镜等测试手段,研究材料流动行为及其对接头宏观形貌、晶粒特征的影响。结果表明,轴肩下方的金属在轴肩挤压和摩擦热作用下先软化,以螺旋形向下向内流动形成搅拌区;随着焊接时间的延长,搅拌区金属向上和向外流动增强,致使搅拌区外缘界面翘曲,形成Hook缺陷。随旋转速度或焊接时间增大,搅拌区金属向下和向上向外流动加剧,焊核的深度和直径增大、晶粒更细小;下板金属软化程度加强,搅拌区外缘下板更多的塑化金属向上向外流动,致使Hook更翘曲。研究结果为深入了解无针搅拌摩擦点焊材料流动行为和优化焊接工艺提供了理论基础。