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铝合金7050搅拌摩擦焊接头洋葱环微观组织与力学性能

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铝合金7050搅拌摩擦焊接头洋葱环微观组织与力学性能

作者：邵庆丰兰州理工大学

学位级别：硕士

采用搅拌摩擦焊对5 mm厚铝合金7050板材进行对接焊实验。通过改变旋转速度、焊接速度分析焊接工艺参数对洋葱环宏观形貌的影响,观察洋葱环微观组织,探究沉淀相形态和分布对洋葱环微观组织的影响。并结合维氏硬度、抗拉强度实验研究洋葱... 详细信息

采用搅拌摩擦焊对5 mm厚铝合金7050板材进行对接焊实验。通过改变旋转速度、焊接速度分析焊接工艺参数对洋葱环宏观形貌的影响,观察洋葱环微观组织,探究沉淀相形态和分布对洋葱环微观组织的影响。并结合维氏硬度、抗拉强度实验研究洋葱环微观组织与接头断裂特征之间的关系。实验表明:当采用带有螺纹的圆柱形搅拌针进行焊接时,在焊核区出现近似椭圆形的区域,类似于洋葱的横截面形貌,因此取名“洋葱环”,并且随着焊接参数的变化,洋葱环也发生变化,当v=80mm/min、ω=600r/min,洋葱环清晰,成半圆弧状,关于焊核中心对称,随着转速的增大,单位长度焊接热输入增加,塑性金属的数量增加,流动性增强,使得塑型金属流动不规则,呈紊流态,所以洋葱环逐渐模糊;而当v=40mm/min、ω=800r/min时,洋葱环占据了整个焊核区,而随着焊速的提高,洋葱环逐渐变小,这主要是由于随着焊速逐渐增大,热输入逐渐减少,塑性金属的流动性下降,同时,焊速的增加使得搅拌头在焊核区单位长度停滞的时间减少,从而减少了从上向下沿搅拌头螺纹金属的流动量,故而,使得洋葱环变小。对洋葱环的微观组织进行了分析,发现洋葱环实际上是由大小不均匀的再结晶晶粒组成的,细小的晶粒沿变形方向偏聚形成了弧形的细晶带,就构成了“环”;而相邻两条“环”之间则是由粗大的晶粒组成粗晶带。这主要是由于在焊后冷却过程中重新析出的沉淀相对再结晶晶粒长大过程的阻碍作用形成的,若沉淀相粒子尺寸较大,沉淀相粒子之间的距离较大,再结晶晶粒的长大被促进,沉淀相之间的距离较大时促进再结晶晶粒长大的原因是沉淀相粒子直径较大,数量较少,阻碍晶界运动的作用力就比较小,随着晶界的运动小晶粒逐渐被吞并到相邻的晶粒中,最后就形成大晶粒;而有一部分再结晶晶粒在长大的过程中由于受到沉淀相的钉扎作用,阻碍了晶界了迁移,最终形成了小晶粒,因此在微观条件下看到洋葱环是由粗晶带与细晶带相间构成的。另外,随着旋转速度的提高,洋葱环晶粒逐渐增大,这主要是由于旋转速度的提高,焊核区的峰值温度增加,随着温度的提高晶界的活动性显著增加,而晶界的迁移使得再结晶晶粒发生长大,因此随着旋转速的增加,晶粒尺寸逐渐增大。最后,对洋葱环组织进行不同的时效处理,发现经T6处理后洋葱环晶粒逐渐均匀化,并且晶界上块状的沉淀相长大,形成了长棒状;而经T74处理后沉淀相随着时效温度的提高发生部分溶解,弥散度降低,细小的沉淀相孤立的分布于晶界上。发现FSW接头显微硬度整体呈“W”型,而WNZ硬度分布却呈“锯齿形”,这主要和洋葱环相关,由上可知,洋葱环实际上是由粗晶带与细晶带相间构成的,粗晶带晶粒粗大,并且沉淀相的密度较小,颗粒较大,所以此处硬度较低,而细晶带晶粒细小且沉淀相细小,弥散程度较高,因而此处的硬度较高。在接头中心预制缺口,然后进行拉伸试验,发现裂纹都是沿预制缺口经洋葱环中粗晶晶界扩展,表明环上粗晶带的出现会加速焊核区的裂纹扩展。

关键词：搅拌摩擦焊 7050铝合金微观组织洋葱环力学性能断裂特征

搅拌摩擦焊接头“洋葱环”层状结构形成机制研究

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搅拌摩擦焊接头“洋葱环”层状结构形成机制研究

搅拌头形状对搅拌摩擦焊接头中洋葱环形貌的影响

中国机械工程学会焊接学会第十八次全国焊接学术会议

作者：赵华夏董春林栾国红中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所

关键词：搅拌摩擦焊搅拌针洋葱环层状结构三维模型

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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热加工工艺 2010年第19期39卷 156-158,162页

作者：李宝华唐众民鄢江武乔风林湖北三江航天科工集团红阳机械厂湖北孝感432100

采用铝箔作为标示材料,用不同螺纹旋向、不同轴肩直径的搅拌头进行了搅拌摩擦焊试验。结果表明,搅拌针表面为左旋螺纹时,洋葱环中心出现在焊缝的中下部,搅拌针表面为右旋螺纹时,洋葱环中心出则现在焊缝的上部;洋葱环花纹是由搅拌针附近... 详细信息

采用铝箔作为标示材料,用不同螺纹旋向、不同轴肩直径的搅拌头进行了搅拌摩擦焊试验。结果表明,搅拌针表面为左旋螺纹时,洋葱环中心出现在焊缝的中下部,搅拌针表面为右旋螺纹时,洋葱环中心出则现在焊缝的上部;洋葱环花纹是由搅拌针附近的塑性金属在搅拌针表面螺纹的驱动下沿厚度方向迁移并在搅拌针端部或根部形成挤压区所造成的;轴肩较大的搅拌头有利于塑性金属在焊缝厚度方向上的迁移,洋葱环更易于在厚度方向上扩张。

关键词：搅拌摩擦焊标示材料洋葱环螺纹

静轴肩辅助铝镁搅拌摩擦搭接接头的组织与性能

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焊接学报 2017年第4期38卷 1-6页

作者：许志武李政玮冯艳闫久春哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院哈尔滨150001

文中将静止轴肩技术应用到铝镁异种合金的搅拌摩擦搭接过程中,并分析了焊接速度对接头成形和力学性能的影响.结果表明,静止轴肩能够增强上下板之间的材料交换,焊后搅拌区呈较大的洋葱环形貌,其内部分布大量的金属间化合物;搭接面处发生... 详细信息

文中将静止轴肩技术应用到铝镁异种合金的搅拌摩擦搭接过程中,并分析了焊接速度对接头成形和力学性能的影响.结果表明,静止轴肩能够增强上下板之间的材料交换,焊后搅拌区呈较大的洋葱环形貌,其内部分布大量的金属间化合物;搭接面处发生良好的冶金结合.由于生成金属间化合物,洋葱环区域的显微硬度值明显高于接头其它区域.X射线衍射结果表明,金属间化合物的主要成分是Al_3Mg_2和Al_(12)Mg_(17).接头的抗拉强度随着焊接速度的增加呈先上升后下降的趋势,最大值在焊接速度为40 mm/min时取得.

关键词：静止轴肩搅拌摩擦搭接异种合金洋葱环金属间化合物

7050铝合金FSW焊核区的微观组织和断裂机理

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兰州理工大学学报 2016年第6期42卷 26-30页

作者：金玉花邵庆丰甘瑞根李常锋王希靖兰州理工大学有色金属先进加工与再利用省部共建国家重点实验室甘肃兰州730050

采用搅拌摩擦焊对5mm厚7050铝合金板进行焊接,对焊核区洋葱环的宏观形貌、微观组织进行分析,并研究洋葱环对接头性能的影响.结果表明:焊核区出现的洋葱环组织实际是由粗晶带与细晶带相间构成的;当v=80mm/min、ω=600r/min时,焊核区形成... 详细信息

采用搅拌摩擦焊对5mm厚7050铝合金板进行焊接,对焊核区洋葱环的宏观形貌、微观组织进行分析,并研究洋葱环对接头性能的影响.结果表明:焊核区出现的洋葱环组织实际是由粗晶带与细晶带相间构成的;当v=80mm/min、ω=600r/min时,焊核区形成完整的椭圆形洋葱环,随着转速提高,洋葱环的形状逐渐不规则;而当转速恒定时,随着焊速的提高,洋葱环逐渐变小;在接头中心预制缺口,然后进行拉伸试验,发现裂纹都是沿预制缺口经洋葱环中粗晶晶界扩展,表明环上粗晶带的出现会加速焊核区的裂纹扩展.

关键词： 7050铝合金搅拌摩擦焊洋葱环沉淀相断裂机理晶界

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6005A FSW接头金属运动行为研究

热加工工艺 2019年第1期48卷 204-206页

作者：秦曾李晓龙唐强何海中铝萨帕特种铝材(重庆)有限公司重庆401326 资阳石油钢管有限公司四川资阳641300

采用搅拌摩擦焊对6005A进行焊接,并对垂直、平行焊接方向接头不同区域的组织进行研究。结果表明:搅拌摩擦焊接头前进侧金属运动迹象大于后退侧,前进侧"匙孔"边缘底部基本保留了搅拌针形貌;在垂直焊缝方向,前进侧晶粒呈明暗带状分布的"... 详细信息

采用搅拌摩擦焊对6005A进行焊接,并对垂直、平行焊接方向接头不同区域的组织进行研究。结果表明:搅拌摩擦焊接头前进侧金属运动迹象大于后退侧,前进侧"匙孔"边缘底部基本保留了搅拌针形貌;在垂直焊缝方向,前进侧晶粒呈明暗带状分布的"洋葱环"结构,距离焊缝中心越远越明显,后退侧组织致密且过渡平缓;在平行焊缝方向,前进侧边缘塑性金属运动痕迹强烈,为连续锯齿状形貌,该形貌向焊缝中心逐渐减弱并消失于后退侧。

关键词：搅拌摩擦焊匙孔洋葱环瞬时空腔

7B52铝合金叠层复合材料搅拌摩擦焊过程的金属流动

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热加工工艺 2019年第9期48卷 62-65页

作者：马新蕊周琦孙宏宇时孝东孙智鸣南京理工大学材料科学与工程学院江苏南京210094 靖江机器人智能制造(焊接)中心江苏靖江214500

7B52铝合金叠层复合材料(7B52 aluminum laminated composite,ALC)是一种新型材料,由两种7XXX系铝合金组成,本文研究了7B52 ALC搅拌摩擦焊接接头的微观组织。研究结果表明:与完整的洋葱环结构不同,7B52ALC搅拌摩擦焊接头仅仅在焊核区前... 详细信息

7B52铝合金叠层复合材料(7B52 aluminum laminated composite,ALC)是一种新型材料,由两种7XXX系铝合金组成,本文研究了7B52 ALC搅拌摩擦焊接接头的微观组织。研究结果表明:与完整的洋葱环结构不同,7B52ALC搅拌摩擦焊接头仅仅在焊核区前进侧发现了类似洋葱环的鳞片状结构,而焊核区后退侧无明显图案且叠层结构保持完整。鳞片状结构是由洋葱环叠加和材料横向流动形成的横条纹共同组成的。本文提出了一种搅拌摩擦焊金属流动猜想,即焊核区前进侧和后退侧金属流动方式不同,横条纹是由部分向后移动填充搅拌针后方空腔的螺纹内塑性金属组成的。

关键词：搅拌摩擦焊洋葱环叠层结构

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铜合金同种及异种金属搅拌摩擦焊工艺研究

铜合金同种及异种金属搅拌摩擦焊工艺研究

作者：达朝炳兰州理工大学

学位级别：硕士

搅拌摩擦焊(friction stir welding,简称FSW)是一种基于摩擦焊的固相连接技术,由于其焊接特点的独特性及优越性,这种新型的连接技术自问世以来,就受到焊接界的广泛关注,各种材料的搅拌摩擦焊焊接性能研究也成为这种焊接方法基础研究的... 详细信息

搅拌摩擦焊(friction stir welding,简称FSW)是一种基于摩擦焊的固相连接技术,由于其焊接特点的独特性及优越性,这种新型的连接技术自问世以来,就受到焊接界的广泛关注,各种材料的搅拌摩擦焊焊接性能研究也成为这种焊接方法基础研究的一个重点。到目前为止,对搅拌摩擦焊的研究已经从铝合金的焊接向其它金属的焊接如铜、钛、镁、不锈钢及碳钢等方面发展。本课题是在铝合金搅拌摩擦焊工艺研究的基础上,着重对紫铜、黄铜及异种材料紫铜/黄铜、紫铜/铝合金、黄铜/铝合金的搅拌摩擦焊焊接工艺及焊接性能等问题进行研究。在同种材料的焊接中,分析了不同板厚的紫铜和黄铜在各种工艺参数下的焊缝成形、接头微观组织、显微硬度及接头力学性能等特点,总结了旋转速度和焊接速度的改变对接头焊核区和热机械影响区内晶粒尺寸及形状的影响规律。通过上述研究,得到了成功实现紫铜和黄铜同种材料搅拌摩擦焊的焊接工艺参数范围,并认为通过搅拌摩擦焊得到的紫铜和黄铜接头虽然整体上出现了显微硬度下降的现象,但其平均力学性能要高于常规焊接方法所得到的接头的力学性能。在异种材料的焊接中,着重分析了两种材料不同的放置位置以及被焊材料的板厚对其接头性能的影响,并从微观角度分析了两种材料在接头中的分布情况及交界处的物相成分。分析表明:板厚决定了异种材料铜/铝合金焊接工艺参数范围的大小,异种材料在接头中不是均匀分布的,接头中出现了形态、混合方式不同的区域;在异种材料交界处产生了一定宽度的过渡带,铜/铝接头中出现的金属间化合物主要是Cu9A14和A12Cu,而在紫铜/黄铜接头中的主要是Cu5Zn8。在上述工艺实验的基础上,对出现在各种接头中的材料的塑性流动现象进行了分析。分析认为接头横剖面上存在塑性流动方式不同的区域,文中对出现洋葱环区位置及洋葱环结构特点及形成机理进行了说明;对影响因素众多,材料流动复杂,一般出现内部缺陷的区域也作了了详细分析。本课题通过工艺实验证明,当工艺参数选择最佳值时,能够成功实现紫铜、黄铜,紫铜/铝合金的搅拌摩擦焊连接。其结果不仅为铜合金及铜/铝合金异种材料提供了一种全新、经济、可靠的连接途径,也为后续的搅拌摩擦焊接工艺研究提供了参考,具有重要的实用价值。

关键词：搅拌摩擦焊紫铜黄铜铝合金焊接工艺参数金属间化合物洋葱环焊接缺陷

搅拌头形状与工艺参数对塑性金属迁移行为的影响

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搅拌头形状与工艺参数对塑性金属迁移行为的影响

作者：李宝华南昌航空大学

学位级别：硕士

本文以铝箔作为标示材料,采用三种不同方式将其镶嵌于母材LY12铝合金中,分别选用六种形状的搅拌头进行搅拌摩擦焊试验,焊后沿焊缝中心线方向、垂直于焊缝方向和平行焊缝表面的方向截取金相试样,通过观测标示材料的分布特征,分析搅拌头... 详细信息

本文以铝箔作为标示材料,采用三种不同方式将其镶嵌于母材LY12铝合金中,分别选用六种形状的搅拌头进行搅拌摩擦焊试验,焊后沿焊缝中心线方向、垂直于焊缝方向和平行焊缝表面的方向截取金相试样,通过观测标示材料的分布特征,分析搅拌头形状及工艺参数对焊缝塑性金属迁移行为的影响。建立焊缝塑性金属的三维流场模型,利用FLUENT软件进行模拟计算,分析了塑性金属的三维速度场、流线轨迹。研究结果表明:搅拌头形状是影响塑性金属迁移行为的重要因素。焊接过程中,带左旋螺纹的搅拌针驱使其附近的塑性金属向下迁移并聚积在搅拌端部形成一呈洋葱环状的挤压区,由于垫板的阻碍作用,挤压区开始挤压其外围的金属向上迁移;而带右旋螺纹搅拌针的作用方式则相反,塑性金属聚积在搅拌针根部形成一个挤压区,挤压其外围的金属向下迁移。基于流体力学理论以及试验观察结果,建立了焊缝塑性金属的抽吸—挤压物理模型,搅拌针表面的螺纹是驱动塑性金属在厚度方向上迁移的主要原因。搅拌针螺距越大,塑性金属在焊缝厚度方向上的抽吸—挤压现象越显著,形成挤压区的面积也越大;随着轴肩直径的增大,挤压区更易于在焊缝厚度方向上扩张。塑性金属在厚度方向上的迁移行为与工艺参数的选择有关。随着旋转速度的提高,洋葱环的直径及其外围的金属在焊缝厚度方向向上迁移的位移先增大后减小。随着焊接速度的提高,洋葱环的直径及其外围的金属在焊缝厚度方向向上迁移的位移减小。焊接速度在47.5mm/min～118mm/min范围内变化,保持相同n/v比,低速焊接有利于提高焊缝质量。下压量增大有利于形成致密的焊缝,但过大的下压量会导致焊缝表面金属亏损。搅拌针端面与板材底面保持一定间隙有利于焊缝背面成形,间隙过大焊缝底部容易出现未焊透。模拟结果表明:塑性金属在厚度方向上发生了循环迁移,左旋螺纹搅拌针附近的塑性金属沿其表面螺纹向下迁移,其外围的金属则向上迁移;右旋螺纹搅拌针附近的塑性金属沿其表面螺纹向上迁移,其外围的金属则向下迁移。

关键词：搅拌摩擦焊标示材料洋葱环抽吸-挤压模型迁移行为