2219 铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头组织与性能分析

对2219铝合金进行了双轴肩搅拌摩擦焊工艺试验,详细分析了焊缝成型、接头组织形态及力学性能.结果表明:2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊缝正反面成型美观,内部无缺陷,几乎无焊缝减薄.接头宏观形貌呈典型的“哑铃型”,焊缝上下表面宽,中间略窄.从显微组织角度看,接头的焊核区、热机影响区、热影响区等组织特征与常规搅拌摩擦焊相似.双轴肩搅拌摩擦焊接头显微硬度分布趋势与常规搅拌摩擦焊接头相似,均为典型的“W”型,但双轴肩搅拌摩擦焊接头不存在各层异性.接头力学性能试验表明:双轴肩搅拌摩擦焊接头抗拉强度达到了318.3 MPa,延伸率为5.5％.接头断口形貌呈典型的韧性断裂.     

2A14 铝合金TIG-FSW交叉接头组织与力学性能

针对6 mm厚2A14铝合金采用先钨极氩弧焊（TIG）后搅拌摩擦焊（FSW）的工艺进行焊接得到TIG-FSW丁字交叉接头。通过对交叉接头进行组织分析,可以发现接头左侧为熔焊区域,上部可见明显气孔缺陷,右侧搅拌摩擦焊接区域呈“碗状”分布,焊缝成形良好;硬度测试结果表明：熔焊区显微硬度值明显低于搅拌摩擦焊接区域,且焊核区右侧硬度值呈现“U”型分布;对交叉接头沿熔焊方向进行拉伸,断裂位置位于M态母材处,断口呈现典型韧性断裂特征。     

2A14铝合金熔焊与搅拌摩擦焊交叉接头组织与力学性能

针对6 mm厚2A14铝合金采用先钨极氩弧焊(TIG)后搅拌摩擦焊(FSW)的工艺进行焊接得到TIG-FSW丁字交叉接头。通过对交叉接头进行组织分析,可以发现接头左侧为熔焊区域,上部可见明显气孔缺陷,右侧搅拌摩擦焊接区域呈"碗状"分布,焊缝成形良好。硬度测试结果表明:熔焊区显微硬度值明显低于搅拌摩擦焊接区域,且焊核区右侧硬度值呈现"U"型分布;对交叉接头沿熔焊方向进行拉伸,断裂位置位于M态母材处,断口呈现典型韧性断裂特征。     

2219薄板铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接及组织性能分析

以运载火箭助推器贮箱广泛应用的4 mm厚2219薄板铝合金为焊接对象,研制了浮动式双轴肩搅拌头,分析了内部塑性金属流动模式及特点,并推测出需匹配较低焊接热输入才能获得优质焊缝。工艺探索及优化试验结果直接验证了焊缝内部塑性金属流动模式及推测。接头宏观组织形貌分析结果显示:不同焊接速度下的焊缝横截面宏观形貌都可以观察洋葱环特征,且随着焊接速度提高,洋葱环特征越发增多,并从靠近前进侧的焊核区逐渐向后退侧孕育发展,这也有效验证了薄板铝合金双轴肩搅拌头的设计思路。薄板铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头横截面显微硬度分布均呈"U"型,接头显微硬度最低点位于焊核区与后退侧热机影响区的交界处。接头力学性能测试结果显示:随着焊接速度逐渐升高,接头抗拉强度逐渐升高,且当焊接速度达到350 mm/min时,接头抗拉强度达到最高值。铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接头延伸率整体较高,焊接速度对其影响不大。铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头正、背弯均可以达到180°无裂纹。基于立式纵缝搅拌摩擦焊系统成功实现了2 m长试片的浮动式双轴肩搅拌摩擦焊,累计焊接长度达到60 m,且双轴肩搅拌头完整,未发现裂纹、扭曲或其他损伤。     

7A60铝合金搅拌摩擦焊工艺及性能分析

采用搅拌摩擦焊方法对厚度为6mm的7A60超高强铝合金进行了焊接试验,分别测试了搅拌头形状、工艺参数搅拌摩擦焊接头对抗拉强度的影响.结果表明:搅拌头的形状对焊缝接头强度有一定的影响;在旋转速为300r/min,且焊接速度为200mm/min时,可以获得较好的焊接性能,抗拉强度可以达到488.69MPa,为母材的75％;接头显微硬度最低值出现在焊接热影响区而不在焊核区,主要是焊核区经过动态再结晶形成了细小的等轴晶粒所致;断口形貌分析显示,接头断裂模式为脆性和韧性的混合型断裂.     

TC21细晶钛合金TIG焊接接头组织及力学性能研究

开展了不同晶粒尺寸的细晶粒TC21钛合金的TIG焊接实验,研究了母材及接头组织和力学性能。结果表明：细晶粒TC21钛合金TIG焊接接头抗拉强度达到母材的95％左右,焊接性较好;但是焊接接头脆化严重,伸长率和断面收缩率均较低。焊缝中心和热影响区组织相似,为α’马氏体组织。相同焊接规范下,21μm的细晶TC21合金焊缝及热影响区为片状或长粒状α’组织;而7μm的细晶TC21合金接头中α’丛的尺寸较小且相互交错,形成针状或短粒状α’组织。硬度测试表明：靠近母材的热影响区细晶区存在一个软化区,该区域硬度最低,而焊缝中心与热影响区粗晶区分界处（细晶过渡区（FTZ））也存在硬度的下降,不过此区域下降幅度不大。常温拉伸断口呈准解理断裂特征,随着母材晶粒度的增大,焊接接头解理特征越明显。     

AZ31B变形镁合金激光-MIG复合焊焊接组织和性能分析

采用激光-MIC复合焊对10mm厚的AZ31B变形镁合金进行焊接.利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等手段分析了焊接接头的外观和截面特征、显微组织、元素分布、焊缝物相和断口形貌等,并检测了接头区域硬度和接头强度.试验结果表明:采用激光-MIG复合焊能获得成形美观的焊缝,无明显的缺陷;焊缝热影响最大宽度位于激光区,约为100μm,焊缝组织为15～25μm的等轴晶粒;相比于母材,焊缝区的镁元素出现烧损,铝和锰元素的比例有一定增加;焊缝区主要为Mg,Al和少量的MgO相.焊接接头硬度值较均匀;焊缝抗拉强度达到222MPa,断口形貌为混合断裂断口.     

TC4/TA16异种金属焊接接头的断裂机理研究

为了探明TC4/TA16异种钛合金氩弧焊接头的断裂机理,对焊接接头进行了力学测试,同时对不同部位进行了显微组织观察、硬度试验及断裂韧性测试,最后对断口形貌进行了显微观察。结果表明：TC4/TA16异种焊接接头拉伸屈服强度接近TA16母材,抗拉强度和延伸率均低于两母材。断裂模式为塑性断裂,拉伸薄弱环节位于TA16侧热影响区,该区硬度低,晶粒尺寸大。由于热输入不均匀造成焊接接头不同区域不同的组织结构。TC4热影响区为网篮组织。TA16侧热影响区由于导热慢,长时间处于过热区,使晶粒长大,在外力作用下产生畸变。裂纹的扩展途径曲折,需要吸收较大的能力才能扩展,断裂韧性高,断裂韧性断口出现典型深而大的韧窝形貌,为塑性断裂。TC4侧热影响区的断裂韧性差,为缺口断裂的薄弱环节。为了避免破坏,要求在焊接过程中应该合理控制焊接温度和冷却速率,减低缺陷。     

晶粒尺寸对钛合金TIG焊接接头组织及力学性能的影响

进行了2μm及8μm,19μm三种晶粒尺寸的细晶粒TC4钛合金常规TIG焊试验,分析了母材晶粒尺寸对钛合金焊接接头组织转变规律及力学性能的影响。结果表明,细晶粒TC4钛合金焊缝中心和热影响区组织相似,为α马氏体组织。相同焊接规范下,随着晶粒尺寸的减小,焊缝中心和热影响区组织由编织(网篮)状α组织向片状组织过渡;随着晶粒尺寸的减小,热影响区晶粒长大越来越明显,热影响区细晶区(FHAZ)明显变窄,热影响区粗晶区(CHAZ)明显变宽,焊缝—热影响区—母材的晶粒梯度增大,焊接接头三区域晶粒过渡越来越差;随着晶粒尺寸的减小,焊接接头拉伸强度和伸长率均有不同程度的提高。常温拉伸断口呈准解理断裂特征,随着母材晶粒度的增大,焊接接头解理断裂特征越明显。     

熔焊填充+FSW修补搅拌摩擦焊缝匙孔型缺陷的接头组织性能研究

采用熔焊填充+搅拌摩擦补焊复合工艺成功进行了搅拌摩擦焊缝匙孔型缺陷的修补,焊后对补焊接头的微观组织和力学性能进行了分析。结果表明,焊核区呈细小的再结晶等轴晶粒,热机影响区发生粗化长大,逐渐丧失了原始母材轧制晶粒边界形貌,并残留熔焊柱状晶或树枝状晶粒。第二相析出物粗化长大,呈网状结构分布于热机影响区域。热影响区/热机影响区是整个补焊接头的薄弱环节,拉伸试样亦断裂在该区域。补焊接头断口呈现出韧性断裂与铸态组织脆性断裂的混合断口形貌。     

2219铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷补焊

对2219铝合金搅拌摩擦焊接头中出现的未焊透和孔洞缺陷进行一次、二次搅拌摩擦补焊实验。结果表明：在合适的补焊工艺参数下,可有效消除接头原有缺陷,获得成形美观,性能良好的接头;随补焊次数的增加,接头软化区域显著增加;含有上述两种缺陷接头一次补焊后拉伸性能显著提高,二次补焊接头相比于一次补焊接头拉伸性能有所降低;含有缺陷的原始接头拉伸时均于缺陷处起裂导致接头塑性较低,补焊后接头都断裂于后退侧热影响区与热机影响区交界处,呈韧性断裂模式。     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能

文摘对航空用5 mm厚的7075铝合金搅拌摩擦焊试样热处理前后的焊缝微观组织及性能进行了研究。结果表明:当搅拌头旋转速度400 r/m in、焊接速度40 mm/m in时,接头拉伸强度达到353 MPa,是母材强度的78.5%;焊核区为等轴晶;经热处理后接头拉伸强度值达到母材强度的83.0%;硬度的最低处在前进侧热机影响区;断口的微观形貌表现为具有强化相的韧窝特征,且断裂几乎发生在前进侧的热机影响区。由此认为,7075铝合金搅拌摩擦焊接头的薄弱点在热机影响区。     

2014铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织及力学性能

采用搅拌摩擦焊方法对8mm厚的2014Al合金进行了焊接,焊后对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,焊核区和轴肩影响区由细小的等轴再结晶组织构成;热机影响区受机械和热的双重作用组织发生了较大程度的变形,在热循环的作用下发生回复反应;热影响区仅受热循环的作用,组织稍微有粗化现象.力学试验表明:焊接速度为150mm/min时,接头的抗拉强度可以达到361MPa,为母材的78%,抗弯强度达到母材的76%.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.     

AA2024铝合金搅拌摩擦焊接头特性研究

对6 mm厚AA2024-T4铝合金搅拌摩擦焊接头特性进行了研究。通过拉伸试验,得到了应力-应变曲线。用光学显微镜、显微硬度仪以及扫描电镜对焊接接头进行了金相分析、硬度测试以及断口分析。结果表明：试件断裂属于韧性断裂;断裂发生在前进侧热机影响区/热影响区的过渡区;当搅拌头转速为800 r/min,焊接速度为100 mm...     

搅拌摩擦焊接头隧道类缺陷等强补焊工艺

针对搅拌摩擦焊接头隧道类缺陷等强补焊的应用要求,开发了基于TIG焊熔补材料、搅拌摩擦焊增强组织性能的等强补焊工艺,对补焊后的接头进行了微观组织观察与力学性能分析,评价了补焊工艺对接头性能的影响.结果表明,对焊缝同一位置进行不大于三次的重复搅拌摩擦焊,接头力学性能不会明显下降;TIG熔补焊缝经再次搅拌摩擦焊后,其焊缝组织与搅拌摩擦焊焊缝组织特征相似,不会导致接头组织恶化.采用本文开发的等强补焊工艺对某型号火箭液氧贮箱纵缝的隧道缺陷进行了等强补焊,表明该方法有效可行.     

超声冲击对TA15 钛合金焊接接头的影响

研究了TA15钛合金氩弧焊焊接接头超声冲击前后的组织及力学性能,并对接头拉伸断口进行了观察。结果表明,焊接后焊缝区和热影响区的组织与母材的组织差别很大,表现为魏氏组织特征;超声冲击前后母材和接头的组织均变化不大。冲击处理使焊缝区和母材区的强度和伸长率均有所增加。冲击前后的焊缝及母材的室温拉伸断口均属于韧窝型断口。冲击后接头的表面和断面显微硬度均得到了提高。     

纯钛搅拌摩擦焊晶粒细化机制

通过搅拌摩擦焊实现了5 mm纯钛的可靠连接,并对焊接接头组织进行了细致研究。通过光学、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对纯钛搅拌摩擦焊组织进行了精细表征,对焊接过程中的再结晶机制进行了研究。结果表明：采用搅拌摩擦焊可以得到成型良好,组织致密的焊缝;焊缝组织可以分为焊核区( NZ)、热机影响区( TMAZ)、热影响区( HAZ)和母材区( BM);根据各区组织形态和结构特点对纯钛搅拌摩擦焊动态再结晶过程进行了分析,揭示了纯钛搅拌摩擦焊焊缝细化机制;钛的层错能较大,搅拌摩擦产生的位错不能完全分解,遇到阻碍时,只能通过滑移和攀移继续运动,在多次搅拌摩擦作用下,位错缠结堆积,位错密度不断上升,产生新的晶界,从而形成细小晶粒,实现晶粒细化。     

TC17钛合金焊接接头组织与力学性能分析

对TC17钛合金薄板采用氩弧焊和电子束焊两种焊接方法焊接,进行了拉伸试验,结合拉伸试验结果与断口形貌,对比分析了力学性能与焊接接头组织之间的联系。研究结果表明,TC17钛合金在经历TIG焊接热循环后,焊缝及靠近焊缝的热影响区晶粒粗化,电子束焊接头热影响区较窄且没有粗晶区形成;两种焊接试样抗拉强度均与母材等强;相对延伸率有所降低,主要是热影响区及焊缝的组织变化所致;氩弧焊焊缝组织较不均匀性更为显著。     

铝合金搅拌摩擦焊表面冷喷涂层的结构与耐蚀性

采用冷喷涂技术在2219铝合金搅拌摩擦焊接头上制备Al涂层,以提高搅拌摩擦焊接头耐蚀性。通过数字显微镜、扫描电镜、电化学工作站对Al涂层的结构及耐蚀性进行表征。结果表明:冷喷Al涂层质量良好,孔隙率仅为0.77%,涂层内部存在等轴晶、细化晶粒以及拉长晶粒,涂层界面以机械咬合为主,涂层/接头区界面质量明显优于涂层/母材区界面;电化学数据显示,涂层腐蚀敏感性较低,自腐蚀电位和腐蚀电流密度均低于热影响区,冷喷涂层降低了搅拌摩擦焊接头的腐蚀敏感性;晶间腐蚀实验表明,腐蚀6 h后,涂层最大腐蚀深度仅为热影响区最大腐蚀深度的50%,证明冷喷涂技术显著改善了搅拌摩擦焊接头的耐腐蚀性。