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。     

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.     

2219铝合金无倾角式搅拌摩擦焊接头组织性能

采用基于三轴联动系统的无倾角搅拌摩擦焊方法,研究了2mm厚2219铝合金焊接试验过程,重点分析了微观组织分布特点和接头力学性能。结果表明,采用内聚花纹锥形轴肩搅拌工具,实现了无倾角搅拌摩擦焊接过程,焊缝外观及内部质量良好,但搭接界面处存在Hook现象,在前进侧呈现先向上后向下弯曲,指向焊核区的纹路特征,而后退侧呈现了向上弯曲的Hook钩状纹路;2mm厚铝合金2219无倾角式搅拌摩擦焊搭接接头拉伸剪切抗力平均为5630N,与母材抗拉力的比值为75.7%;同时,通过试验证明了无倾角搅拌摩擦焊方法对曲线焊缝的适应性。     

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.     

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.     

2014铝合金拉锻式摩擦塞补焊接头微观组织及力学性能

采用拉锻式摩擦塞补焊方法对4mm厚的2014铝合金进行了焊接,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,摩擦塞补焊接头由焊缝区、热影响区和母材这3部分组成,焊缝由细小的等轴再结晶组织构成.力学试验表明:摩擦压力、摩擦时间、塞棒/塞孔配合角度以及工进速度均会影响接头质量,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375MPa,约为母材强度的79%.断口形貌分析显示,接头断裂模式为塑性断裂.     

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.     

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。     

GH536镍基高温合金焊接接头力学性能与断裂特征研究

对GH536合金焊接接头的硬度进行测试和分析,对母材及焊接接头进行室温和500℃拉伸试验,并分析了断裂特征,分析了母材和焊接接头不同区域的断裂韧度。结果表明:热影响区硬度未见明显变化,与母材一致;从熔合线到焊缝中心,由于枝晶变细,显微硬度逐渐升高。焊接接头整体室温拉伸强度、屈服强度和断后伸长率分别为810MPa,392MPa和30%,达到了母材的99.6%,99.7%和93.8%;在500℃时,接头整体抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为678MPa,300MPa和26%,达到了母材的98.1%,96.8%和78.8%;GH536合金焊接接头具有良好的力学性能。在熔合区组织不均匀性最为严重,熔合区是GH536合金焊接接头的薄弱环节。在室温和500℃,母材及焊接接头的断裂方式均为塑性断裂。     

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。     

铝合金搅拌摩擦焊对搭接接头Hook缺陷研究

对厚度为16mm与20mm的6082铝合金对搭接接头进行搅拌摩擦焊接试验,结果表明,对搭接接头搅拌摩擦焊接工艺参数可调范围较宽,搅拌头旋转速度在300~600r/min及焊接速度在60~200mm/min条件下,能够获得完整无缺陷的焊接接头。搭接面处于前进侧时,Hook缺陷向上偏转,角度大于90°;搭接面处于后退侧时,Hook缺陷向下偏转,角度小于45°。     

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。     

热处理工艺对TA15线性摩擦焊接头组织和力学性能的影响

针对TA15钛合金线性摩擦焊接头,研究了不同热处理工艺对接头组织和力学性能的影响。研究结果表明：热处理过程中,针状亚稳态组织转变为片层α相+保留β相,并且随着热处理温度升高,片层结构逐渐增大。力学性能试验表明,接头拉伸断裂位置均在母材处,热处理后的焊接接头抗拉强度和屈服强度均高于焊态,且疲劳性能和冲击性能得到改善。为保证TA15钛合金线性摩擦焊接头获得较高的综合性能,热处理温度不应高于750℃。     

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。     

2219铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊接头组织及性能

文摘采用静止轴肩搅拌摩擦焊的方法获得了2219C10S铝合金焊接接头,研究了焊接接头典型的宏观、微观组织特征、焊接工艺参数对焊缝成形特征及焊接接头力学性能的影响规律。结果表明:相对常规搅拌摩擦焊,由于静止轴肩式搅拌头的结构特点,焊接过程中可有效避免飞边和焊缝内部缺陷;随着焊速的增加,接头焊核由"碗状"变为"腰鼓"状,体积也逐渐减小,还出现了轴肩影响区这一特殊组织特征;焊接接头的显微硬度分布呈现出独特的"∪"形,焊核区的显微硬度最低;当焊接速度≤250 mm/min,随着焊接速度的增加,接头的拉伸性能逐渐增加;当焊接速度增加至300 mm/min时,由于在焊接接头中出现了沟槽缺陷,拉伸性能急剧下降。     

Analysis of Microstructures and Fatigue Properties of Friction Stir Overlap Welds in AA2024-T4 Alloy

研究了铝合金2024-T4搅拌摩擦焊(FSW)搭接接头的微观组织特征和疲劳性能.结果表明,搭接接头后退侧热力影响区晶粒变形程度较前进侧严重.疲劳试样断裂位置均位于弱连接缺陷向上“拉起”较严重的焊核区后退侧.当应力比为0.1时,铝合金搅拌摩擦焊搭接接头对应于95％存活率的疲劳强度特征值(A)(o)k为18.25MPa,与铝合金熔焊搭接接头的(A)(o)k为13.92MPa相比,增加了31.11％.与此同时,FSW搭接接头疲劳S-N曲线斜率m为5.39,大于熔焊接头所对应的S-N曲线斜率范围3.0-3.5,可见在长寿命区搭接接头的疲劳性能优于熔焊接头.搭接接头的裂纹源位于搭接接头上板底部位置的表面缺陷或者强化相颗粒处,对应于弱连接缺陷处.     

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。     

TC4-DT钛合金线性摩擦焊接头组织和力学性能分析

针对飞机用典型的TC4-DT钛合金线性摩擦焊接头,开展组织及接头的拉伸、冲击和低周疲劳等力学性能测试。结果表明:TC4-DT钛合金线性摩擦焊接头经过700℃+保温3h的热处理后,接头的室温和高温抗拉强度达到母材的97%以上,室温和低温冲击性能略高于母材,室温低周疲劳性能与母材相当,具有良好的综合力学性能。     

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。