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大断面6082铝合金型材FsW接头的“s”线特征及其对分层力学性能的影响

轻合金加工技术 2020年第12期48卷 58-67页

作者：张风东张成国邢艳双王振宇李颖刘思奇何长树中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081 东北大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110819 东北大学材料各向异性与织构教育部重点实验室辽宁沈阳110819

对42 mm厚6082-T6铝合金FsW接头搅拌区中的"s"线特征进行了详细表征,并研究了不同"s"线特征对FsW接头弯曲性能和拉伸性能的影响。结果表明:搅拌区不同区域的"s"线特征存在明显差异,距接头表面5 mm范围内轴肩影响区的"s"线主要以氧化物... 详细信息

对42 mm厚6082-T6铝合金FsW接头搅拌区中的"s"线特征进行了详细表征,并研究了不同"s"线特征对FsW接头弯曲性能和拉伸性能的影响。结果表明:搅拌区不同区域的"s"线特征存在明显差异,距接头表面5 mm范围内轴肩影响区的"s"线主要以氧化物条带形式分布,宽度为400μm^900μm。随着距表面距离的增加,轴针影响区的"s"线呈断续分布,氧化物条带变窄。轴肩影响区和轴针影响区不同的"s"线特征,对接头力学性能的影响也明显不同。位于接头上、下表层分层拉伸试样的伸长率分别为2.3%和1.8%,明显低于其他位置分层拉伸试样的伸长率(7.1%~8.3%)。表层分层拉伸试样的断裂路径沿着"s"线扩展,而其他分层拉伸试样则断裂于接头的软化区。接头侧弯试样和取自表层的分层弯曲试样在弯曲过程中均出现裂纹,并且裂纹起源于轴肩影响区的"s"线。从以上结果可见,轴肩影响区中以氧化物条带形式连续分布的"s"线是导致该区力学性能降低的根本原因。

关键词： 6082铝合金厚板搅拌摩擦焊 “s”线力学性能

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6082-T6铝合金厚板FsW接头的“s”线特征及其对力学性能的影响

6082-T6铝合金厚板FSW接头的“S”线特征及其对力学性能的影响

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作者：刘思奇东北大学

学位级别：硕士

6082-T6铝合金因具备良好的耐蚀性和焊接性能,被广泛应用于航空航天和轨道交通行业中。目前,车体构件大多采用6082-T6铝合金,并通过熔焊或者搅拌摩擦焊等方式进行连接。利用熔焊对铝合金进行焊接时容易产生气孔、热裂纹和焊接变形等问... 详细信息

6082-T6铝合金因具备良好的耐蚀性和焊接性能,被广泛应用于航空航天和轨道交通行业中。目前,车体构件大多采用6082-T6铝合金,并通过熔焊或者搅拌摩擦焊等方式进行连接。利用熔焊对铝合金进行焊接时容易产生气孔、热裂纹和焊接变形等问题。而搅拌摩擦焊作为一种新型的固相连接技术,具有焊接效率高,焊接热输入小,焊后变形小等优点,在焊接铝合金厚板时,具有显著优势。近年来,搅拌摩擦焊技术（FsW）在铝合金焊接方面日渐成熟,但仍然存在一些严重且工程上易被忽视的问题,例如隧道孔、弱结合和“s”线等。本文以超声探伤不合格的42mm厚6082-T6铝合金型材双面搅拌摩擦焊接头为研究对象,基于微观组织观察和力学性能测试手段系统研究了超声探伤提示的焊缝缺陷特征、类型以及对接头力学性能的影响规律。另外,本文还利用5.2mm厚6082-T6铝合金板材研究了 FsW焊接工艺参数对“s”线形成及特征的影响规律,为优化铝合金搅拌摩擦焊工艺并推动其工程化应用提供实验和理论依据。对42mm厚6082-T6铝合金接头的宏、微观组织研究表明:沿焊缝厚度方向的“s”线形态差异明显,距接头表面5mm轴肩影响区范围内的“s”线主要以氧化物条带形式分布,宽度为3 80μm-1mm。随距表面距离的增加,轴针影响区范围内的“s”线断续分布,氧化物条带变窄。EBsD结果显示“s”线周围的基体晶粒组织细小并畸变严重。轴肩影响区和轴针影响区的“s”线特征不同,其对42mm厚6082-T6铝合金接头轴肩影响区和轴针影响区力学性能的影响也明显不同。位于轴肩影响区的分层拉伸试样（即上、下表层拉伸试样）的抗拉强度分别为185MPa和171 MPa,延伸率分别为2.3%和1.8%,断裂位置位于“s”线处;位于轴针影响区的分层试样的抗拉强度在173MPa-202MPa,延伸率为7.1%-8.3%,断裂位置位于接头软化区（显微硬度分布确定最低值区）。接头侧弯试样和取自表层面弯试样的裂纹都起源于轴肩影响区的“s”线。接头中心层试样的疲劳极限为107MPa,疲劳源位于搅拌区或热机影响区。接头上、下表层试样的疲劳极限分别为92MPa和60MPa,疲劳源大多位于搅拌区“s”线附近,“s”线的存在严重降低了接头上、下表层试样的疲劳极限。以上结果可见,轴肩影响区的“s”线是导致该区力学性能下降的根本原因。对5.2mm厚6082-T6铝合金板材在焊接速度为40-320mm/min,旋转速度为600-1500rpm下进行搅拌摩擦焊接,并对接头搅拌区的“s”线特征进行分析,结果表明:旋转速度的改变对轴肩影响区“s”线的分布特征作用明显,当转速为600rpm,焊接速度为40mm/min和80mm/min时,在接头轴肩影响区观察到呈氧化物条带分布的“s”线,条带宽度达到110μm;当旋转速度增大至800rpm（焊速80mm/min-320mm/min）,轴肩影响区以条带分布的“s”线特征消失;另外,焊接速度对轴针影响区的“s”线分布特征的影响作用明显,转速一定时,随焊速减小,单位长度焊缝上搅拌针与金属搅拌摩擦的周次增加,轴针影响区“s”线偏离焊缝中心的距离增大。当旋转速度为1500rpm,焊接速度为40mm/min时,搅拌区的“s”线特征消失。

关键词： 6082-T6铝合金厚板搅拌摩擦焊 “s”线微观组织力学性能

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6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头“s”线的形成机理及对组织与性能的影响研究

6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头“S”线的形成机理及对组织与性能的...

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作者：张航长春工业大学

学位级别：硕士

铝合金具有质轻、强度高、无低温脆性、可持续使用等优势,被广泛应用于交通制造领域。铝合金采用传统熔化焊接存在诸多问题如:气孔、热裂纹、环境污染、弧光、焊接变形等。搅拌摩擦焊(FsW)是一种新型的固相连接技术,被认为是解决铝合金... 详细信息

铝合金具有质轻、强度高、无低温脆性、可持续使用等优势,被广泛应用于交通制造领域。铝合金采用传统熔化焊接存在诸多问题如:气孔、热裂纹、环境污染、弧光、焊接变形等。搅拌摩擦焊(FsW)是一种新型的固相连接技术,被认为是解决铝合金焊接性问题最为有效的方法之一。本文采用4mm厚6082-T6铝合金进行搅拌摩擦焊试验,利用OM、sEM、TEM、显微硬度仪、拉伸试验机、盐雾环境箱、疲劳试验机等仪器,研究了焊接参数对“s”线形貌的变化,分析了“s”线形貌特征对接头组织性能的影响。提出了“s”线堆积流动行为、“s”线生长机理和“s”线运动轨迹规律模型,并进一步研究消除“s”线的工艺方法。研究结果表明,FsW焊接参数试验中,接头横截面发现“s”线,当焊接速度为1500mm/min时,焊缝底部出现孔洞型缺陷。通过提出的“s”线堆积流动行为、生长机理和运动轨迹规律模型,分别解释了AlO颗粒在塑性流动过程中的位置取向,焊缝表面“s”线宽度和形貌变化,以及横截面“s”线轨迹变化规律。焊接过程中焊核区产生的堆积侧空腔,导致接头表面“s”线偏离焊缝中心线的距离存在差异。微观分析发现焊缝中心区域,腐蚀后形成的沟槽内残留有AlO颗粒,推断“s”线是焊接过程中,铝被氧化形成的氧化膜被搅拌针破碎后,聚集形成的条带线,腐蚀后AlO颗粒脱离母材形成的沟槽。显微硬度分析表明,接头硬度曲线呈“W”型分布,最小硬度值出现在紧邻热机械影响区的前进侧热影响区;拉伸试验结果表明,当焊接速度为600mm/min时,接头的抗拉强度最高达到母材的84%,断后延伸率为3.9%,断裂发生在焊核区“s”线。当焊接速度为50mm/min时,接头的抗拉强度为母材的51%,断后延伸率为6.5%,断裂发生在前进侧热影响区;弯曲性能试验表明,当焊接速度为50mm/min、400mm/min时,弯曲试样完好。其余焊接参数弯曲试验,背弯试样完好,但正弯试样均发生断裂。当在单块板上进行搅拌焊时,焊缝中并未发现接头中有“s”线;两次重复焊接和对焊缝进行氩气保护可以减弱接头“s”线的形成。显微硬度测量表明,两次重复焊接头硬度曲线为“V”型,其余工艺方法硬度曲线呈“W”型分布。拉伸试验结果表明,无对接缝的单块板搅拌焊,接头抗拉强度最大可达291MPa,且拉伸断口位于热影响区;两次重复焊接方法,拉伸断口在焊核区呈45°断裂;氩气保护焊缝和焊前对板材阳极氧化处理的焊接方法,拉伸断口位于焊核区“s”线。弯曲试验结果表明,在单块板上进行焊接和两次重复焊接接头可弯曲180°未开裂,而氩气保护焊缝和焊前阳极氧化焊接接头弯曲时,断裂发生在焊核区“s”线。对焊接速度为600mm/min的FsW接头进行疲劳性能试验,接头所承受的最大应力幅s=149.2344N,中值疲劳极限为σ=103.93MPa。对无对接缝的单块板、两次重复焊、氩气保护焊缝三种工艺方法制备的接头做疲劳寿命试验。结果表明:单块板疲劳寿命为1.0×10,试样未发生断裂;两次重复焊疲劳试样发生断裂的疲劳寿命为8867547,断裂位于热影响区;氩气保护焊缝疲劳试样发生断裂的疲劳寿命为7167883,断裂位于焊核区,且断裂试样的疲劳寿命接近规定疲劳寿命极限。

关键词：搅拌摩擦焊铝合金 “s”线力学性能疲劳寿命

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薄板铝合金搅拌摩擦焊的组织与力学性能

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兵器装备工程学报 2023年第11期44卷 229-234页

作者：刘秀如吴厦陈大军闫慧敏张薇付扬帆陆军装备部驻重庆地区军事代表局驻重庆地区第六军事代表室重庆400010 西南技术工程研究所重庆401329

采用单、双面焊方法对2 mm厚5052铝合金进行了搅拌摩擦焊试验,研究了接头的微观组织形貌、显微硬度、拉伸性能和断口形貌。结果表明:单、双面焊接头内部均存在“s”线,双面焊能够有效改善“s”线的分布情况,避免单面焊底部弱连接;单、... 详细信息

采用单、双面焊方法对2 mm厚5052铝合金进行了搅拌摩擦焊试验,研究了接头的微观组织形貌、显微硬度、拉伸性能和断口形貌。结果表明:单、双面焊接头内部均存在“s”线,双面焊能够有效改善“s”线的分布情况,避免单面焊底部弱连接;单、双面焊焊缝截面横向硬度均呈“W”型,硬度沿厚度方向总体逐渐降低,单、双面焊沿厚度方向硬度最高分别为68.4 HV、84.2 HV,双面焊焊缝晶粒更加细化;单、双面焊平均抗拉强度分别为198、210 MPa,双面焊接头力学性能优于单面焊;通过接头断口形貌分析,单、双面焊接头断裂方式均为韧性断裂与撕裂韧性断裂混合形式。

关键词： 5052铝合金搅拌摩擦焊力学性能微观组织 “s”线

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焊后热处理对AA7204-T4铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能的影响

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材料工程 2020年第4期48卷 131-138页

作者：邓运来邓舒浩叶凌英林森孙琳吉华中南大学材料科学与工程学院长沙410083 中南大学轻合金研究院长沙410083 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266000

采用搅拌摩擦焊对AA7204-T4铝合金板材进行焊接,研究焊后热处理对FsW接头组织与力学性能的影响。结果表明:焊后(AW)态焊核区平均晶粒尺寸和再结晶分数分别为4.7μm和81.9%,焊后直接人工时效(AA)后二者分别为4.8μm和82.4%,焊后固溶+人... 详细信息

采用搅拌摩擦焊对AA7204-T4铝合金板材进行焊接,研究焊后热处理对FsW接头组织与力学性能的影响。结果表明:焊后(AW)态焊核区平均晶粒尺寸和再结晶分数分别为4.7μm和81.9%,焊后直接人工时效(AA)后二者分别为4.8μm和82.4%,焊后固溶+人工时效(sAA)后分别为5.9μm和86.5%,AA态并未对焊核区的晶粒结构产生明显的影响,而sAA态则使其分别提高了25.5%和5.6%。AW态,AA态和sAA态接头抗拉强度分别为296.6,318.2 MPa和357.4 MPa,AA态对接头力学性能提升有限,而sAA态则有效提升接头力学性能,焊接系数达92.0%。焊后固溶淬火导致接头连接界面"s"线处产生微裂纹,接头断裂于此,且伸长率严重降低。

关键词： AA7204-T4铝合金搅拌摩擦焊焊后热处理组织与性能 “s”线

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