航空用6061铝合金板材性能验证试验研究

介绍了6061铝合金板材性能特点及其在飞机上应用情况,结合飞机使用要求,分析国产6061板材在飞机上应用存在问题,并对板材焊接、成形及耐压进行考核验证试验。结果表明,国产6061铝合金板材焊接接头连接效率可达90%以上,与传统防锈铝相当,拉伸强度高于进口板材;利用拉深工艺制备大规格薄壁管型件是可行的,研制出的工件尺寸完全符合图纸要求;耐压性能满足使用要求,但国产材料的耐压稳定性略低于进口材料。     

超长超薄铝合金直壁异形件加工

以某飞行器风道零件为例 ,对超长超薄铝合金直壁异形件的加工进行了工艺分析和探讨。在此基础上 ,对 4种规格 8件风道零件进行了工艺过程设计和实际加工 ,产品完全符合图纸要求。据此对该类零件的加工得出了几点具有实用价值的结论。     

6061铝合金超声电弧MIG焊声电特性和工艺

超声电弧焊接技术是一种细化焊缝晶粒和提升接头力学性能的有效手段。为了研究超声电弧MIG焊接过程中超声的激发和作用机制,更好的控制超声电弧,通过高频调制MIG焊接电弧,激发出超声波,在焊接过程中通过信号采集和分析,获得电弧的电信号特征和声激发特性,初步确定了焊接电弧的输入阻抗、受激超声的声压同激励参数之间的近似关系,并研究了超声电弧对焊缝成形和显微组织的作用效果。试验结果表明,外加的超声激励使电弧电压在基值处出现高频振荡现象,MIG焊电弧对超声激励的输入阻抗与激励频率有关,激励频率越大,受激的三角波电流越小,输入阻抗就越大;MIG焊电弧中超声的响应频率与激励频率一致,而超声的声压幅度与激励能量有关,激励频率越小、激励电压越大时,激励能量越大,超声的声压振幅越大。与常规MIG焊相比,超声电弧的引入可以增加焊缝熔深,当U_e=55 V,f=70 kHz时,焊缝熔深增加23%。焊缝金属晶粒得到细化,焊缝金属中的析出相更加弥散分布。     

6061铝合金激光穿透焊的焊缝成形

分别采用光纤激光和YAG激光对2.5mm厚的6061铝合金开展了激光穿透焊接试验,研究了主要焊接参数对焊缝成形的影响规律。结果表明,与YAG激光相比,高能量密度的光纤激光更易于实现穿透焊接,且光纤激光获得良好焊缝成形的工艺区间更大。在穿透焊接条件下,焊缝截面形貌分为钉头形和近X形两种。当激光功率较高时,光纤激光焊缝更趋向于生成近X形截面,YAG激光焊缝更易于生成钉头形截面。焊缝成形受激光功率密度和焊接热输入双重因素的影响。随激光功率密度和焊接热输入的增大,光纤激光焊缝截面形貌逐渐由钉头形向近X形转变。     

高强钛合金等壁厚弯管制备研究

传统的弯曲工艺由于属于等径弯曲,弯管壁厚存在外侧减薄、内侧增厚的现象。扩径弯曲工艺可以从根本上解决弯管成形中的壁厚不均问题,实现等壁厚,但工艺复杂,成形质量受多种因素影响。高质量钛弯管在要求高强度的同时要求内、外侧壁厚均匀。在理论分析的基础上,进行了高强钛合金热推扩径弯曲试验,研究了成形过程中的金属流动规律,给出了弯曲变形量与扩径量之间的比例关系,制备出了1300MPa级的高强钛合金等壁厚弯管,壁厚相对壁厚公差约为6%。该研究对于钛合金的弯曲加工有一定指导价值。     

6061铝合金管自由弯曲螺旋成形工艺研究

主要通过数值模拟与试验相结合的方法研究螺距以及螺旋直径的变化对6061铝合金螺旋管成形工艺的影响,发现在螺距一定时,螺旋直径的增大会使螺旋管的截面畸变减轻;螺旋直径一定时,螺距的增大会使螺旋管的截面畸变加重,壁厚中性层的向外偏移量会随着螺旋半径的增大而逐渐减小。基于数值模拟结果得到的实际螺旋管件成形效果良好,螺旋线平滑且接近标准圆,外观尺寸以及截面畸变都与数值模拟结果符合良好,很好地验证了数值模拟对实际试验的良好预测性。     

填充焊丝对6061铝合金激光焊缝成形的影响

采用ER5356焊丝研究了光丝间距对焊丝进入熔池的熔滴过渡方式的影响,对比分析了送丝速度、焊丝成分对焊缝成形的影响规律.结果表明:不同范围内的光丝间距,导致焊接过程中的熔滴过渡方式不同;相对于颗粒过渡,表面张力过渡方式更有利于获得较好的焊缝成形;送丝速度对焊缝熔宽的影响不大,但对焊缝正面余高和背面下塌量的影响较为显著;相对于ER4043焊丝,ER5356焊丝更适于6061铝合金的激光填丝焊接.     

基于工业机器人的数字化弯管成形技术研究

数字化弯管成形技术作为一种新型全自动管材加工技术,基于目前热门的工业机器人平台,配合弯曲末端装置实现了复杂弯曲构件的柔性成形。基于数字化弯管成形技术原理,建立了弯管机器人成形工艺轨迹及运动过程解析方法,设计并搭建了匹配的弯曲末端装置,使得弯管机器人可以实现管材的数字化弯曲工艺。采用有限元模拟与试验相结合的方法,研究了管件在机器人弯曲成形过程中应力的变化规律,讨论了由机器人运动提供的补料功能,并分析了该功能对于弯曲构件成形质量的影响。结果表明,搭建的弯管机器人成形试验平台及解析方法可以实现管材连续弯曲成形,成形管材最大应力值增大的幅度较小。机器人主动进给补料作用可有效改善弯管壁厚减薄现象。但同时补料也易导致管材弯曲内侧材料发生堆积,试验时较易出现起皱缺陷。未来的研究工作中,需着重开展基于起皱缺陷的机器人运动、弯曲速度等参数的优化研究。     

厚板铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊热过程及受力状态数值分析

基于Deform–3D软件建立了12mm板厚6061–T6铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊接(Stationary Shoulder Friction Stir Welding,SSFSW)过程热力耦合数值模型,探讨了焊接工艺对SSFSW温度场、热循环及受力状态的影响规律。计算结果表明:焊接转速增加50%将引起焊核最高温度增加21.6%以上;焊接速度增加50%分别导致高温停留时间和冷却时间降低50%和60%以上;对给定转速1000~1500r/min及焊接速度100~150mm/min范围,静止轴肩的轴向力为28.2~24.3kN,前进阻力为17.4~15.3kN,焊接转速增加50%其轴向压力降低13.8%,焊接速度增加50%其前进阻力增加13.7%;搅拌针扭矩最高值在27.3~25N·m范围。上述数值模拟结果为厚板铝合金SSFSW搅拌工具设计及工艺优化提供重要理论依据。     

A356-T6/6061-T6异种铝合金搅拌摩擦焊的工艺研究

通过对6 mm厚的A356-T6/6061-T6异种铝合金的搅拌摩擦焊工艺试验研究,采用OM、SEM、万能拉伸试验机、显微硬度仪等分析了母材位置、焊接速度对接头组织和性能的影响。研究结果表明:当旋转速度为1 000 r/min、焊接速度为100~400 mm/min时,均可获得内部无明显缺陷、外观良好的异种铝合金接头;A356-T6铝合金置于前进侧时有利于材料的迁移,焊缝区组织由典型的焊核区、热机械影响区和热影响区特征组织组成,焊核区域晶粒由表层向底层逐渐细化;接头拉伸性能随焊接速度的增加而增大;焊接速度较低时,A356合金位于前进侧有利于获得强度更高的接头,而焊接速度较高时,6061位于前进侧有利于获得高性能接头,且接头的屈服强度和延伸率均较A356位于前进侧时高;无论A356还是6061置于前进侧,接头的断裂位置均位于A356侧热影响区,与母材放置位置无关,这与焊缝硬度最小值区位置相吻合。     

ZL205A铝合金大型复杂筒体构件淬火过程模拟与变形预报

基于ABAQUS软件采用有限元方法建立ZL205A铝合金大型复杂构件淬火过程的温度场与应力场模型,分析构件在淬火过程中不同时刻的温度场分布.根据构件结构特征,选择4个特征点获得淬火过程冷却曲线,并对构件厚壁、加强筋与薄壁部分的冷却曲线进行研究,使用有限元模拟方法预报构件变形和残余应力.ZL205A铝合金大型复杂构件淬火变形主要为径向变形,通过比较淬火后残余应力的6个分量可知正应力远大于剪应力.模拟厚壁在不同换热系数下的淬火效果,发现增加换热系数可以提高厚壁淬火冷却速度,但是作用比较有限.     

快速凝固/粉末冶金高阻尼铝合金挤压成形过程的数值模拟

 采用有限元分析软件ANSYS,分析了快速凝固/粉末冶金 (Rapidly Solidified/Powder Metallurgy,RS/PM)高阻尼铝合金FMS0714/10(Zn-30Al)的挤压成形过程,研究了模具与坯料间的摩擦条件和挤压比对阻尼铝合金成形过程的影响,探讨了挤压过程材料表面产生裂纹的机理,进行了成形工艺优化。研究结果表明：挤压过程中FMS0714/10(Zn-30Al) 阻尼铝合金材料的流动与变形不均匀,导致了应力应变分布的不均匀：材料表面应力应变较大,芯部应力应变较小;表面过大的应变和轴向拉应力是表面裂纹的诱因;减小模具和坯料间的摩擦,增大挤压比,可以减小材料表面应力,使应变分布趋于均匀,从而减少材料表面损伤,优化材料表面质量,提高成品合格率。数值模拟的研究结果将为FMS0714/10(Zn-30Al) 阻尼铝合金材料挤压工艺的制订以及新材料的设计和研制提供有益的参考。     

微量Y对Al-Mg-Si系合金组织性能的影响

在熔炼过程中以铝钇中间合金形式加入稀土Y元素,研究了0～0.45%范围内不同Y加入量对Al-Mg-Si系铝合金铸态组织、导电性能及高温蠕变抗力的影响。结果表明:经过适量稀土Y微处理后的合金材料具有细小均匀的铸态组织,平均晶粒尺寸维持在50μm左右,材料的导电能力得到一定程度的改善,最佳电导率比原来增加4%,实验材料的热稳定性显著增强,高温下的硬度、抗拉强度分别比原来提高30%和25%。     

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。     

Fe含量对2219铝合金锻件焊接组织与性能的影响

为研究杂质Fe元素对2219铝合金及其焊接接头的组织、性能以及电化学腐蚀性能等的影响,采用力学拉伸、焊接试验以及金相和扫描电镜等分析测试方法,对0.15%(w)至0.01%(w)等不同Fe元素含量的2219铝合金锻件进行实验研究和分析。研究表明:2219铝合金中经热变形加工存在网络状Al_2Cu变成颗粒状和纤维状的Al_7Cu_2(Fe,Mn)相,随着Fe含量由0.15%(w)降低至0.01%(w),合金固溶时效后的Al_7Cu_2(Fe,Mn)相显著减少,锻件强度和塑性显著提高;合金焊接接头断口由脆性断裂逐渐转变为韧窝尺寸细小的韧性断裂,尤其对于延伸率,提高至近1.4倍,强度和塑性显著提高;合金的自腐蚀电流逐渐减小,单位面积上的线性极化电阻增大,合金焊接接头的耐腐蚀性能显著提高。     

搅拌头转速对6061和7075异种铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

为发挥异种铝合金不同的性能优势、提高航空材料性能,选用6061-T6铝合金和7075铝合金进行搅拌摩擦焊试验。在预热时间为20 s、倾角为2.5°、下压量为0.1 mm、焊接速度为100 mm/min的焊接参数下,对转速值为800、1 000、1 200、1 500 r/min的焊接接头的焊缝成型、力学性能、显微组织进行检测。结果表明：当转速为1 200 r/min时,焊缝表面成型最好,拉伸性能最佳为255 MPa,达到了母材6061-T6铝合金的89.5%;同时,前进侧产生的热量高于后退侧,将熔点高的金属置于前进侧较为合适。通过本文的试验参数可以得到较好的6061-T6和7075异种铝合金焊接接头性能。