基于同质摩擦的涡流搅拌摩擦焊工艺

涡流搅拌摩擦焊(VFSW)是一项新近提出的改型工艺,其利用与工件材料同材质的棒材和外加的支撑套筒作为搅拌工具进行搅拌摩擦焊接,有望在高熔点金属的固相连接、焊接修复等领域取得工程应用。研究了转速对6061铝合金涡流搅拌摩擦焊焊缝成形和接头力学性能的影响规律。试验结果表明,在30 mm/min的焊接速度下,当转速较低时焊缝背部出现弱连接,接头强度较低;当转速较高时因工件和搅拌工具之间的界面打滑而难以形成有效的涡流式材料流动,导致焊缝无法有效成形,出现表面线状缺陷;在400～800 r/min的转速范围内,可获得良好的焊接接头。随转速增加,焊核区体积先增大后减小,但热影响区体积逐渐增大。在完全焊透的前提下,热影响区是接头软化最严重的区域,同时也是拉伸试样的断裂部位。随转速提高,接头抗拉强度先升高后降低,断后延伸率则相反。试验参数下接头的最大抗拉强度为174.8 MPa,对应的断后延伸率为6.5%。     

装配条件对2219铝合金搅拌摩擦焊接工艺的影响

对2219铝合金搅拌摩擦焊接过程中容易出现的对接间隙、搅拌头与对接界面不对中等装配条件进行研究,并对接头的微观组织和力学性能进行分析。结果表明:在转速800r/min、焊速200mm/min、轴肩下压量0.3mm的优化参数下,接头抗拉强度随对接间隙的增加而降低,当对接间隙达到0.5mm时,接头拉伸性能显著降低;随着搅拌头偏移对接界面距离的增加,接头拉伸性能逐渐降低,但不同偏移方向有所差别,当偏移距离达到2.0mm时,接头底部出现未焊合缺陷,拉伸性能降低明显。     

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 铝合金搅拌摩擦焊缝匙孔形缺陷修补技术

采用固相填充+搅拌摩擦焊复合工艺进行了2219铝合金搅拌摩擦焊缝匙孔形缺陷的修补,焊后对接头的微观组织和力学性能进行了分析。结果显示:匙孔修补位置焊接接头焊核区呈现细小的等轴晶,热力影响区组织发生了较大程度的弯曲变形,接头抗拉强度≥335 MPa,延伸率≥8.0%,断裂机理为韧性断裂。     

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。     

LD10铝合金不均匀焊接接头的拉伸性能研究

针对5.5 mm厚LD1ocs铝合金进行单面两层TIG焊工艺试验,分析了接头的力学性能不均匀性,并采用abaqus有限元分析软件模拟研究了该力学性能不均匀接头的拉伸断裂行为,结果表明:接头过时效区的变形能力强,有助于提高接头塑性;过时效区的软化程度和宽度对接头拉伸性能有重要影响,宽度增大、软化程度在一定范围内增加,会略微降低接头拉伸强度、但使延伸率增大,另外保留焊缝余高,明显地提高了接头的抗拉强度和延伸率.     

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.     

Ti-24Al-15Nb-1Mo合金氩弧焊

研究用Ti-Al-Nb基(高Nb)合金作填充材料氩弧焊(充氩箱中)Ti-24Al-15Nb-1Mo合金时的焊缝成形及其接头显微结构和力学性能特点.结果表明,固溶处理状态下母材氩弧焊时具有较低的冷裂纹敏感性.焊态下,接头抗拉强度912～927MPa,延伸率2.5%～3.7%,焊缝冲击韧性4.7J/cm2～10.4J/cm2,近热影响区是接头力学性能的薄弱区域.     

6061-T6铝合金激光诱导电弧焊轧复合成形组织性能

针对6061-T6热处理强化铝合金焊后由“接头软化”导致的力学性能严重下降等问题,提出激光诱导电弧填丝焊及焊后局部轧制复合成形工艺,利用焊接接头余高的局部变形辅助强化接头“过时效软化区”。结果表明通过焊轧复合成形方法能得到成形良好且无缺陷的接头。与焊接接头相比,焊轧复合成形接头硬度整体更加均匀,软化最严重位置的硬度由71.2 HV提升到87.8 HV,提升了23.3%;焊轧复合成形接头的平均抗拉强度由246 MPa提升到284 MPa,相对提升了15.4%,达到母材的91.6%。轧制工艺使焊接接头发生局部强制变形,焊缝区等轴晶晶粒被压实且焊缝变宽。焊缝金属向两侧挤压使热影响区组织发生协同变形,导致位错密度增加,实现“过时效软化区”强化效果。     

装配间隙对顶盖环缝搅拌摩擦焊焊接质量的影响

结合超声波相控阵、金相观察、力学试验分析技术，研究了由于铣切角度不同产生的装配间隙对顶盖环缝搅拌摩擦焊焊缝质量及力学性能的影响。结果显示当铣切角差异带来的装配间隙大于1.30 mm时，焊缝中存在孔洞型体积缺陷，装配间隙越大，缺陷越严重；装配间隙的存在会使得焊缝的致密程度降低，焊缝的延伸率下降，并且在装配间隙大于1.30 mm时，焊缝的抗拉强度会发生大幅度地下降。     

异种铝合金环形构件的搅拌摩擦焊接工艺

为实现异种铝合金环形构件的高精度装配与连接,文中设计一种卧式串联型轴向移动转径向伸缩的搅拌摩擦焊接工装。结果表明,采用此工装成功实现铝铜系/铝镁系异种铝合金环形构件的高精度装配与高质量焊接,接头内部质量达到了I级接头要求,接头的抗拉强度高于245 MPa,延伸率高于16%,且所有接头均断裂在铝镁系铝合金母材一侧,说明该接头的整体性能要优于铝镁系铝合金母材性能,解决了铝铜系/铝镁系异种铝合金熔焊易出现焊接裂纹的工程难题。     

2014铝合金搅拌摩擦焊缝的拉锻式摩擦塞补焊

采用拉锻式摩擦塞补焊方法对4mm厚的2014铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷进行了补焊,焊后对塞补焊接头的微观组织和拉伸性能进行了分析。研究结果表明,摩擦塞补焊接头分为焊缝区、热影响区和母材区三部分,焊缝由细小的等轴再结晶组织构成。选择合适的焊接参数和接头结构,塞补焊接头的抗拉强度可以达到330MPa以上,达到或超过搅拌摩擦焊接头强度。塞补焊接头微观硬度分析表明,塞补焊后接头焊缝区硬度较高,但整体硬度变化不大。     

2219 铝合金VPTIG 焊接接头拉伸性能分析

2219 铝合金气孔敏感性较强,变极性TIG 焊接工艺可以有效减少和抑制气孔产生,是适合于
2219 铝合金的焊接工艺。本文介绍了2219T62 铝合金VPTIG 焊接接头的拉伸性能,进行了拉伸断口形貌分析
和微观组织分析。结果表明:2219T62 铝合金VPTIG 焊接接头强度系数可以达到65% 以上,焊接接头为混合
断裂方式,VPTIG 焊缝盖面层气孔相比打底层较多。     

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...     

Effect of beam current on microstructures and mechanical properties of joints of TZM/30CrMnSiA by electron beam welding

Electron beam welding experiments of TZM alloy and 30CrMnSiA steel butt joints were carried out with different beam currents. Microstructures and chemical compositions of typical zones were analyzed by optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffraction. The mechanical properties of the joints were evaluated by tensile strength tests. Besides, nanoindentation tests were carried out to compare the brittleness of the reaction layer and other typical microstructures. The results illustrated that the reaction layer at the interface between fusion zone (FZ) and TZM alloy was the weak position of the joint, which was divided into Fe₂Mo layer and a mixture layer of Fe₂Mo and α-Fe phases. As the beam current increased, the thickness of the Fe₂Mo layer decreased, which resulted in the increasing of the tensile strength of the joints. When the beam current exceeded 24 mA, the formation of the joint was poor with a low tensile strength. When the beam current was 24 mA, the joint presented the highest strength of 191.3 MPa and the joint fractured along the Fe₂Mo layer near the TZM alloy side with a brittle fracture mode.     

Influence of welding parameters on microstructure and mechanical properties of electron beam welded Ti60 to GH3128 joint with a Cu interlayer

Effects of welding parameters on the microstructure and mechanical properties of Ti/Cu/Ni joint welded by electron beam were investigated. High welding heat input increased the melting quantity of Ti60 titanium alloy and promoted the formation of Ti–Cu intermetallic compounds (IMC) such as Ti₂Cu and Ti₃Cu₄, increasing the brittleness of the joints. Low welding heat input was not conducive to the complete melting of the copper interlayer, and the unmelted copper reduced the performance of the joints. Under the optimal welding parameters, Ti–Ni IMCs in the weld would be replaced by (Cu, Ni) solid solutions ((Cu, Ni)_ss). However, Ti–Cu IMC layers cannot be eliminated entirely by changing the welding parameters. The maximum tensile strength of the joints was 201 MPa. The fracture of the joints occurred at the Ti–Cu IMC layer, which was a typical brittle fracture.     

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。     

SPS温度对铜/镍粉/304不锈钢接头组织与剪切强度的影响

采用脉冲放电等离子烧结(SPS)制备了添加镍粉中间层的铜/304不锈钢接头,研究了焊接温度对接头组织及力学性能的影响。结果表明,以镍粉为中间层,可以实现铜与304不锈钢的扩散焊接。铜/镍界面处铜、镍互扩散形成铜/镍界面扩散层,镍/304不锈钢界面处镍、铁互扩散形成镍/铁界面扩散层,铜/镍扩散层厚度大于镍/铁扩散层厚度。在焊接压力为10 MPa、焊接温度为900℃时,铜/304不锈钢接头剪切强度最佳,为98 MPa。铜/304不锈钢接头断口形貌呈韧窝状,断裂均在镍中间层处,接头连接强度受制于镍中间层本身的强度。     

2219铝合金变截面结构搅拌摩擦焊接工艺及组织特性

针对变截面结构产品,提出了一种变截面搭接结构搅拌摩擦焊接方法,通过加装辅助板将整条焊缝焊接方向上补偿为等厚度。焊接采用一次定位焊接+二次定位焊接+正式焊接的工艺方式,一次定位焊为预定位,二次定位焊保证辅助板与试片主体结构之间形成有效连接,正式焊保证形成完整的焊缝。焊缝表面成形良好,超声相控阵检测无超标缺陷。通过对力学性能的分析,变截面搭接结构处焊缝与非搭接处焊缝和常规对接焊缝的力学性能基本相同,平均抗拉强度均达到母材的70%以上,平均延伸率均在5.8%以上。变截面搭接焊缝焊核处晶粒形态为细小的等轴晶,靠近轴肩影响区部分的晶粒尺寸大于靠近焊缝根部的晶粒尺寸,受再结晶影响,焊缝两侧热机影响区处辅助板搭接界面消失。     

2219 铝合金单、双道焊接头性能分析

通过对比2219 铝合金单道氩弧焊和氦弧打底+氩弧盖面双道焊接头的常温及液氮温度拉伸性
能、显微硬度分布、单向拉伸过程的数字散斑测量(DIC)结果,发现在常、低温条件下双道焊接头的拉伸强度和
延伸率均比单道焊接头高10% ~20%,单道焊接头焊缝及热影响区内材料的显微硬度值相比母材的降低程度
比双道焊接头更为显著,其主要原因是单道焊接头的一次性热输入大于双道焊,材料受热影响更严重,焊漏高
度及形状的可控性更差。