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。     

焊透深度和前进侧位置对FSW 贮箱锁底接头性能的影响

开展了2219MCS 叉形环和2219C10S 短壳组成的锁底接头的搅拌摩擦焊工艺试验,详细分析了

搅拌针长度和前进侧位置对锁底接头Hook 型缺陷、力学性能、断裂方式的影响规律。结果表明:搅拌摩擦焊

锁底接头在短壳一侧存在Hook 型缺陷,短壳位于前进侧时的搭接界面上翘曲率和迁移量均大于叉形环位于

前进侧,且随着搅拌针长度的增加,搭接界面的向上迁移量逐渐增大。相同的焊透深度时,叉形环位于前进侧

的力学性能优于短壳位于前进侧;相同的前进侧位置时,随着焊透深度的逐渐增加,接头力学性能逐渐降低。

锁底接头搭接界面缺陷形貌及迁移量的变化是引起力学性能变化的主要原因。优化的试验结果显示,当焊透

深度和短壳板材厚度相同,且叉形环位于焊缝前进侧的力学性能最优,常温可达到300 MPa,低温可达到370

MPa,延伸率均超过3. 5%。锁底接头的拉伸断裂方式与焊缝前进侧位置密切相关。当短壳位于前进侧时,从

短壳一侧热力影响区断裂;当叉形环为前进侧时,从焊缝焊核区断裂。

     

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.     

转速对20 mm厚2219铝合金搅拌摩擦焊接件的组织及性能的影响

对20 mm厚的2219 C10S铝合金板材进行搅拌摩擦焊对接试验,在进给速度为100 mm/min的条件下,对比研究转速为400~550 r/min时的对接接头的内部缺陷、宏观形貌及微观组织、显微硬度和拉伸力学性能的差异。结果表明,当转速为400~500 r/min时,焊接接头无缺陷,能获得内部质量较高的焊接接头。随着转速的增加,焊核区“洋葱环”的间距和轴肩影响区的范围增大,焊核区和热力影响区的硬度的降低越明显。接头的拉伸性能随转速的增大而降低,拉伸强度最高可达到334 MPa,接头断裂模式主要为韧性断裂,断裂位置发生在后退侧的热力影响区与热影响区的交界处,与显微硬度最小位置相吻合。当转速增大至525 r/min时,焊缝出现表面点状缺陷;当转速达到550 r/min时,焊缝出现连续的犁沟缺陷。     

薄壁铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能

对2mm厚的LY12铝合金板进行了搅拌摩擦焊接,对接头的微观组织和力学性能进行了分析.结果表明:当搅拌头旋转速度1000r/min、焊接速度200r/min时,焊核区为细小均匀的等轴晶,晶粒大小在2～6μm之间;热机影响区晶粒沿流线方向被拉长,前进侧比后退侧晶粒变化明显.焊缝成形良好,接头抗拉强度为438.72MPa,...     

2219铝合金双脉冲VP-GTAW接头组织与性能

以4mm 2219-T87高强铝合金平板为对象,分别使用ER2319 Al-Cu焊丝和ER5087 Al-Mg焊丝作为填充材料,研究双脉冲变极性钨极氩弧焊(VP-GTAW)对接接头的显微组织和力学性能。结果表明,与常规VP-GTAW工艺相比,对焊接电流进行低频脉冲调制的双脉冲VP-GTAW工艺可细化晶粒,改善焊缝显微组织;提高对接接头力学性能,且抗拉强度和断后伸长率均在低频脉冲频率为2Hz时达到最大值。与Al-Cu焊丝接头相比,Al-Mg焊丝接头可以在保持对接接头塑性的同时,提高抗拉强度和显微硬度,抗拉强度最大为328MPa,达到母材的72%;焊缝区显微硬度达到100HV以上。Al-Cu焊丝接头和Al-Mg焊丝接头均为脆性-韧性混合断裂。     

焊接方法对2219铝合金焊接接头力学性能的影响

通过室温拉伸和显微硬度,比较2219铝合金电子束焊接(EBW)、搅拌摩擦焊(FSW)和钨极氩弧焊(TIG)所获接头的力学性能,利用扫描电镜、光学显微镜等手段,比较三种接头力学性能差异,并探讨产生差异的原因。结果表明:EBW所获接头的室温抗拉强度达到母材的79%左右,焊缝处的显微硬度达到97HV;FSW所获接头的室温拉伸强度达到母材的74%左右,焊缝处的显微硬度达到97.6HV;TIG所获接头抗拉强度只有母材的53%,焊缝处的显微硬度为72HV。EBW和FSW所获接头的力学性能明显优于钨极氩弧焊接接头,运用扫描电镜和光学显微镜等手段,研究发现EBW和FSW所获接头焊缝区细小的等轴晶组织、Cu元素在焊缝中的分布均匀、高质量焊缝成形是接头具有良好性能的主要原因。     

焊接方法对2219铝合金性能及组织的影响

通过拉伸试验,利用扫描电镜与光学显微镜等手段,比较了搅拌摩擦焊(FSW)和变极性钨极氩弧焊(VPTIG)两种焊接方法对2219铝合金板材力学性能的影响.结果表明,无论何种焊接方法均使2219铝合金板材的强度和塑性下降,但是FSW焊接接头强度以及塑性等力学性能明显优于VPTIG焊熔焊接头.拉伸试样断口形貌以及显微组织分析显示,FSW焊核区组织均匀细密,断裂位置位于后退侧热影响区与焊核区的交界处.VPTIG焊接接头易出现气孔缺陷,熔合区是最薄弱环节.     

热处理对高强铝合金搅拌摩擦焊接头组织及力学性能的影响

通过"搅拌摩擦焊+固溶+人工时效热处理"的方法实现了12 mm厚航天用高强铝合金2A14M的焊接及接头性能改善。研究表明未进行焊后热处理的焊接接头断裂位置位于焊核区,平均抗拉强度为192.3MPa,接头显微硬度呈"几"字形分布,硬度分布峰值位于焊缝区,接头不同特征区域的硬度差高达60。采取的焊后热处理对焊接接头及母材不仅具有细化晶粒、改善组织均匀性及优化强化相分布的作用,还能削弱拉伸过程中尖锐晶界对接头的撕裂作用,从而达到提高接头性能的目的,表现为:焊后热处理使接头内部显微硬度差为20,接头拉伸断裂于焊核区,抗拉强度达到440 MPa,为未进行焊后热处理接头的2.29倍;焊后固溶热处理的搅拌摩擦焊接头其断裂位置在焊核区及母材的几率大致相同,各占约50%,从而实现了提高搅拌摩擦焊接头性能的目标。     

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。