自然时效对Al⁃Zn⁃Mg合金搅拌摩擦 焊接头显微硬度与残余应力影响

搅拌摩擦焊接与弧焊有本质的不同,材料经历的温度循环特征、约束状态与弧焊区别明显,应进一步开展长期服役性能的研究。归纳了搅拌摩擦焊接的特殊性,针对Al-Zn-Mg系T4态铝合金材料,测试分析了焊后随时效残余应力分布、硬度变化特征,测试焊缝及前进、退出侧的极化曲线,发现了搅拌摩擦焊接接头的焊接残余应力回升现象。结合接头硬度、组织特征,实际生产中搅拌摩擦焊接缺欠特征及位置概率,与搅拌摩擦焊接接头电化学测试结果印证,对应力回升引起的应力腐蚀风险等工艺风险性进行了预测。上述工作对认识、规范搅拌摩擦焊接生产,保证焊接质量具有重要的工程价值。     

粗丝自动MIG焊双面单层焊道成形研究

LF6R铝合金板材,采用粗丝熔化极自动氩弧焊,其焊缝形式为双面单层焊缝。通过调节焊接电流、电弧电压、焊接速度、保护气体流量及氩(Ar)、氦(He)混合比例等控制焊缝成形及焊接质量的关键参数,获得的双面单层焊缝外观、内部质量及焊接接头常温力学性能,满足设计图样及专用焊接技术条件的要求。     

TA15钛合金自动TIG焊工艺试验研究

探讨了TA15钛合金自动氩弧焊接工艺,采用恒流TIG焊和脉冲TIG焊,通过无损检测、力学性能试验等手段,分析了工艺参数对接头性能的影响。试验表明,TA15钛合金自动氩弧焊,焊缝外观、内部质量良好,接头抗拉强度达到基体的90%以上,且具有良好的韧性。     

铝合金材料的高质量电弧焊接新工艺

针对铝合金材料电弧焊接加工存在的问题,研究开发出了一种新型的超快速变换复合超音频脉冲方波变极性氩弧焊接方法,并将其用于5A06、2A14和2219等多种铝合金材料的焊接试验加工过程。研究结果表明,采用复合超音频脉冲方波变极性钨极氩弧焊接工艺进行铝合金材料焊接加工,可有效减少甚至消除焊缝气孔等缺陷,显著改善和提高焊接接头力学性能,从而获得满意的电弧焊接质量。     

搅拌摩擦焊在2219铝合金VPPA熔焊接头缺陷补焊中的应用

采用搅拌摩擦焊方法对带有缺陷的2219铝合金变极性等离子弧熔焊接头进行补焊,焊后对补焊接头的微观组织和力学性能及断裂特性进行了分析。研究结果表明:补焊接头焊核区由细小的等轴再结晶组织构成;热机影响区内的组织发生了较大的弯曲变形;热影响区组织明显粗化。力学试验表明:补焊接头的抗拉强度比熔焊接头提高18%以上,延伸率可以提高一倍,接头性能得到明显改善。断口形貌分析显示,接头断裂模式为韧性和脆性的混合型断裂。     

低碳钢Q235A搅拌摩擦焊接的接头金相组织分析

用钼合金搅拌头对3mm厚低碳钢Q235A钢板进行搅拌摩擦焊接,焊接过程中采用加辅助热源和无辅助热源两种情况,获得质量良好的焊接接头,焊接温度最高可达1000℃以上。切取焊缝区域制成试样,用光学显微镜观察其显微组织进行分析,发现焊缝接头分为母材区、热影响区及搅拌区三个明显区域,而热机械影响区不甚明显。热影响区主要为等轴晶粒铁素体和球化珠光体,搅拌区金属在焊接过程中因塑性变形发生动态再结晶,抑制了晶粒长大,冷却后获得细小的先共析铁素体、铁素体和珠光体组织。     

7A09铝合金电子束焊接接头的显微组织与力学性能

采用电子束焊方法对7A09铝合金进行焊接,分析不同焊接工艺对接头显微组织与力学性能的影响,获得了焊缝表面成形良好的焊接接头。为了进一步改善接头区域的显微组织,以提高接头的力学性能,对接头进行焊后热处理。接头微观分析显示,焊态下接头熔合区由柱状晶和等轴状枝晶组成,初生相在晶界处聚集,形成共晶组织。在焊接过程中添加圆形电子束扫描,可改善接头焊缝成形,细化焊缝晶粒。接头经过焊后热处理,晶界初生相减少,较多的强化相η′(MgZn2)等在接头焊缝区析出。力学性能测试表明,热处理后接头的拉伸强度达 400.6 MPa,为母材拉伸强度的80.8%。拉伸断口扫描观察显示,接头断口表面分布有许多大且深的韧窝,呈明显的韧性断裂特征。     

77A09铝合金电子束焊接接头的显微组织与力学性能

采用电子束焊方法对7A09铝合金进行焊接,分析不同焊接工艺对接头显微组织与力学性能的影响,获得了焊缝表面成形良好的焊接接头。为了进一步改善接头区域的显微组织,以提高接头的力学性能,对接头进行焊后热处理。接头微观分析显示,焊态下接头熔合区由柱状晶和等轴状枝晶组成,初生相在晶界处聚集,形成共晶组织。在焊接过程中添加圆形电子束扫描,可改善接头焊缝成形,细化焊缝晶粒。接头经过焊后热处理,晶界初生相减少,较多的强化相η′(MgZn_2)等在接头焊缝区析出。力学性能测试表明,热处理后接头的拉伸强度达400.6 MPa,为母材拉伸强度的80.8%。拉伸断口扫描观察显示,接头断口表面分布有许多大且深的韧窝,呈明显的韧性断裂特征。     

大型贮箱箱底自动焊工艺方法研究

为克服两面手工交流钨极氩弧焊焊接大型铝合金贮箱箱底的缺点，并为今后实现焊接自动化作技术上的储备，开展了直流正接氯弧焊不加丝打底，交流脉冲钨极氩弧焊盖面单面两层自动焊接工艺的研究。试验表明，该工艺方法焊缝成形好，焊漏过渡圆滑，内部缺陷少，接头热影响区窄。变形小，力学性能良好。焊前预热、焊后热处理可进一步提高接头塑性。     

铝合金搅拌摩擦焊与熔焊航天行业标准的对比分析

简介搅拌摩擦焊接基本原理和特点,概述国内外搅拌摩擦焊接有关标准的研究现状,并对航天行业标准《铝合金搅拌摩擦焊技术条件》中规定的缺陷定义、接头质量要求以及接头检验要求等与熔焊标准进行了对比分析,指出该标准对于推广搅拌摩擦焊接技术,提高航天产品制造水平具有重要的作用。     

Friction Stir Welding of Metal Matrix Composites for use in aerospace structures

Friction Stir Welding (FSW) is a relatively nascent solid state joining technique developed at The Welding Institute (TWI) in 1991. The process was first used at NASA to weld the super lightweight external tank for the Space Shuttle. Today FSW is used to join structural components of the Delta IV, Atlas V, and Falcon IX rockets as well as the Orion Crew Exploration Vehicle. A current focus of FSW research is to extend the process to new materials which are difficult to weld using conventional fusion techniques. Metal Matrix Composites (MMCs) consist of a metal alloy reinforced with ceramics and have a very high strength to weight ratio, a property which makes them attractive for use in aerospace and defense applications. MMCs have found use in the space shuttle orbiter's structural tubing, the Hubble Space Telescope's antenna mast, control surfaces and propulsion systems for aircraft, and tank armors. The size of MMC components is severely limited by difficulties encountered in joining these materials using fusion welding. Melting of the material results in formation of an undesirable phase (formed when molten Aluminum reacts with the reinforcement) which leaves a strength depleted region along the joint line. Since FSW occurs below the melting point of the workpiece material, this deleterious phase is absent in FSW-ed MMC joints. FSW of MMCs is, however, plagued by rapid wear of the welding tool, a consequence of the large discrepancy in hardness between the steel tool and the reinforcement material. This work characterizes the effect of process parameters (spindle speed, traverse rate, and length of joint) on the wear process. Based on the results of these experiments, a phenomenological model of the wear process was constructed based on the rotating plug model for FSW. The effectiveness of harder tool materials (such as Tungsten Carbide, high speed steel, and tools with diamond coatings) to combat abrasive wear is explored. In-process force, torque, and vibration signals are analyzed to assess the feasibility of on-line monitoring of tool shape changes as a result of wear (an advancement which would eliminate the need for off-line evaluation of tool condition during joining). Monitoring, controlling, and reducing tool wear in FSW of MMCs is essential to the implementation of these materials in structures (such as launch vehicles) where they would be of maximum benefit.     

大厚度比窄焊缝不锈钢薄板缝焊工艺研究

采用电阻缝焊方法对航天推进剂贮箱用0.086 mm厚不锈钢网片(022Cr17Ni12Mo2)和1 mm厚不锈钢支板(1Cr18Ni9Ti)进行搭接缝焊工艺试验,通过控制不锈钢支板变形量和网片变形张力,检查焊缝外观质量、密封性和内部质量,解决了接头组合材料厚度比大于10:1和焊缝宽度1~1.2 mm的不锈钢薄板缝焊难题。研究结果表明,采用合适工艺参数可以避免缝焊过程焊缝成型不良等问题,保证了焊缝密封性;采用专用工装对缝焊过程不锈钢支板变形进行控制和焊后校形处理,可有效控制不锈钢薄板焊接变形;通过缝焊过程网片表面张力的调节,达到了控制网片性能的目的。     

多层波纹管焊接接头设计与焊接工艺研究

介绍了多层波纹管焊接接头结构形式,分析了多层波纹管的焊接工艺性及工艺难点。采用滚焊+熔焊的焊接工艺,解决了焊接后焊缝气孔缺陷、熔深浅的问题。改进后的批产试验件焊缝一次交检全部达到I级标准,并通过地面单元试验考核。     

Influence of simulated high-G on the weld size of aL–lI alloy

Whether welding processes are used on earth or in space, they have the same objective: to obtain defect-free welds. To fully understand the effect of gravity on the weld pool geometry and solidification one should perform experiments within a broad range of gravitational acceleration. High-gravity arc welding experiments were done on Al–Li alloy using the centrifuge called Multi-Gravity Research Welding System (MGRWS). At a high “g” level, buoyancy-driven flow is the dominant force in the weld pool over the Marangoni and the electromagnetic forces. Preliminary results show that the average grain size in the fusion zone at 1g is smaller that at 5g.     

大型薄壁多层编织铜超声焊接接头组织与性能

利用超声波焊接技术实现大平面超薄铜箔与多股双层镀银编织铜的焊接,该技术服役于将来的中国空间站。分析了不同参数对连接力学性能的影响,利用扫描电子显微镜对典型接头界面处的微观组织特征进行了分析,并采用有限元仿真的方式对连接行为进行了仿真。结果表明:采用超声波焊接实现了薄壁铜层与镀银编织铜的焊接,焊点连接面处组织致密,无明显缺陷;焊点连接处由Ag和Cu元素组成,焊接温度远未达到熔点,为低温连接行为,其连接机理为扩散连接;在焊接能量为120 J、0.276 MPa参数下,母材拉脱力可达到90 N。     

变极性等离子弧焊设备及其铝合金焊接工艺研究

介绍了国产变极性等离子弧焊（VPPAW）设备的组成、变极性电源主电路的工作原理。以及微机控制和焊炬等关键技术。用该设备对不同厚度的高强度可热处理强化铝合金试样、贮箱缩比及1：1试验件进行了VPPAW，并分析了接头形式、起弧与收弧、焊接工艺参数确定、常见缺陷、焊接组织及其力学性能。焊接试验结果表明，用VPPAW设备焊接的铝舍金厚度可达14mm，与交流钨极惰性气体保护焊（TIG）相比，其焊缝质量佳，接头性能优。     

航天器电子设备焊点质量检测技术研究

航天器电子设备焊点质量靠人工目测和民用全自动光学检测（AOI）系统很难满足未来航天电子产品焊点质量检测的需求。为此,文章提出了航天器电子设备焊点质量检测的新方法,通过三维显微镜与CCD相机提取焊点的图像特征,并与焊点质量评价准则相对应,用计算机自动识别技术进行焊点质量的判别。在此基础上,对焊点质量检测平台的总体方案进行了设计。通过焊点检测技术的研究,采用三维显微镜及CCD成像技术,可以获得焊点多角度、高清晰的图像,在提取焊点特征信息的同时,还可获取印制板信息,可以确保全焊点检测,能够满足航天电子产品的焊点质量判别标准,有效提高航天电子产品的质量控制水平。设计的焊点质量检测平台定位精度小于10μm,可以检测的最大印制板尺寸为450mm×450mm。     

火箭发动机弹翼支座氩弧焊工艺技术

在对母材焊接性及焊接结构特殊性进行分析的基础上,结合试验研究,制定出氩弧焊工艺方案及过程控制和保障措施,实现固体火箭发动机的弹翼支座与其燃烧室壳体异种材料间连接。测试结果表明,焊缝成型良好,接头区域微观组织和性能不均匀性不影响产品使用性能。生产统计数据显示,产品质量与性能稳定,承压能力显著高于设定目标,表明该型号发动机的弹翼支座TIG焊接技术具有切实的可靠性。     

轨控发动机不锈钢喷注器扩散钎焊工艺

为研制新型轨控发动机所用的喷注器,对不锈钢环槽多层板进行了扩散钎焊工艺研究。随着焊接温度和保温时间的增加,焊缝与母材间各元素的扩散程度逐渐加深;扩散未完全时焊缝由靠近母材的固溶体和中部的化合物组成,扩散完全时焊缝全部由固溶体组成。中间层内Ni、Si、B向母材扩散,母材内Fe向中间层扩散;Ni、Fe、B扩散速度较快,Si扩散速度较慢;Si和B的含量决定组织形态,Ni的含量影响接头强度。接头抗拉性能与扩散程度成正相关,其极限值已达母材的101%;接头断口形貌最初为准解理完全脆断,随后发展到细韧窝部分塑断,最终呈现为大韧窝完全塑断。对于40μm厚的B—Ni2中间层,最佳焊接温度、保温时间和加载压强分别为1050~1075℃、2 h和0.01~0.02 MPa。最佳工艺参数先后成功应用于模拟件和产品,焊接的某新型发动机已通过试车考核。     

脉冲TIG焊参数对铝合金焊缝组织与性能的影响

通过采用脉冲变极性TIG焊接方法对1.5 mm厚的5A06铝合金和L3纯铝以及3 mm厚的5A06铝合金和5A06铝合金试板进行焊接试验,研究了在其它两个条件不变的情况下脉冲频率、基值电流和占空比分别对焊缝组织与力学性能的影响规律。研究结果表明:当脉冲频率为100 Hz,基值电流为峰值电流的10%～33%,占空比为50%～66%时,焊缝具有良好的组织和力学性能。