工艺参数对2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

工具形状及工艺过程对搅拌摩擦增材成形及缺陷的影响赵梓钧;杨新岐;李胜利;李冬晓【摘要】采用2mm厚的2195-T8铝锂合金作为增材板条,利用5种不同形状的搅拌工具进行搅拌摩擦增材工艺实验.利用金相观察和硬度测试的分析方法,重点探讨搅拌工具形状与工艺过程对增材成形、界面缺陷及硬度分布的影响.结果表明:圆柱状和三角平面圆台状搅拌针下增材界面上下材料无明显混合,偏心圆柱状和三凹圆弧槽状搅拌针有利于增材界面上下材料混合及减小界面钩状缺陷;增材前进侧界面形成致密无缺陷冶金连接,而后退侧界面材料混合不充分,钩状缺陷易伸入焊核区,且弱连接缺陷起源于此.四层增材中,相邻两层焊接方向相反的增材工艺使除顶层增材外其他增材两侧钩状缺陷向焊核区外侧弯曲,弱连接缺陷得到改善;顶层增材后退侧钩状缺陷伸入焊核区.增材焊核区有明显软化现象,但不同增材工艺下焊核区硬度分布均匀,表明搅拌摩擦增材制造可获得性能均匀的增材;相比于单道焊接工艺,来回双道焊接工艺使单层增材焊核区进一步软化;四层增材中,越靠近顶部的增材,其焊核区平均硬度越大.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2019(047)009【总页数】9页(P84-92)【关键词】铝锂合金;搅拌摩擦增材制造;搅拌工具;界面缺陷;增材成形【作者】赵梓钧;杨新岐;李胜利;李冬晓【作者单位】天津大学材料科学与工程学院,天津300354;天津大学材料科学与工程学院,天津300354;天津大学材料科学与工程学院,天津300354;北京卫星制造厂,北京100080【正文语种】中文【中图分类】TG453+.9增材制造(additive manufacturing，AM)作为一种先进的智能制造技术，已经在航空航天、国防建设、交通运输、生物医学等领域得到了广泛应用。

目前备受关注的金属增材制造技术主要包括基于熔焊原理的激光束熔化(laser beam melting，LBM)、电子束熔化(electron beam melting，EBM)和激光金属沉积(laser metal deposition，LMD)技术及超声波增材制造(ultrasonic additive manufacturing，UAM)固相增材制造技术等[1-2]。

铝合金搅拌摩擦焊接抗拉拔力的影响因素摘要：搅拌摩擦焊接（FSW）技术由于其固相焊接特征，在焊接铝合金方面具有显著优势。

随着铝合金FSW接头在工业领域的应用越来越广，其腐蚀疲劳性能成为人们的关注重点。

综合评述了铝合金FSW接头腐蚀疲劳的最新研究进展，介绍了铝合金FSW接头腐蚀疲劳研究的必要性及未来发展趋势。

关键词：红松；木榫焊接；旋转焊接；抗拉拔力；木材纹理引言搅拌摩擦焊（FSW）工艺相比于传统焊接方法具有高效优质、焊接变形小、环保等优点，特别是在薄板焊接方面有较大的优越性，并且因其焊缝组织好、接头力学性能优异等优点，被广泛应用在航空航天、船舶、汽车、高速列车等制造领域。

在实际研究或生产制造过程中，FSW接头内可能存在飞边、沟槽、S线、隧道型孔洞、根部未焊合等缺陷。

在不破坏FSW焊缝的条件下，为了实现对焊接接头质量的有效评估，需利用无损检测技术对焊缝中存在的缺陷进行准确的定性、定位和定量。

FSW焊缝区缺陷具有紧贴、细微和取向复杂的特点，而超声检测技术具有灵敏度高、成本低、可以有效地对材料内外部缺陷定位和定量的优点，所以超声检测方法在对接头内部微小缺陷的评价表征方面具有良好的应用前景，FSW接头缺陷的超声检测评价也因此成为了国内外学者的研究热点。

文中讨论了目前FSW接头常用检测方法即超声A信号分析、超声C扫描和超声相控阵的检测能力，为以后的研究工作和工程应用提供参考。

1铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀原因及特点铝合金搅拌摩擦焊接过程中接头各个区域所经历的热循环和力的作用与熔焊过程不同，因此FSW接头各个区域的显微组织演变与熔焊接头存在明显差异，接头腐蚀行为和腐蚀机制也存在明显差异。

此外，FSW过程的温度低于母材熔点，将不易出现强化相偏析聚集形成的“贫铜”现象。

针对2219-T87铝合金的FSW接头强化相演变进行研究，并与用2319焊丝的熔化极气体保护焊接头作了对比，研究发现，接头沉淀相θ在两种焊接接头中的块状聚集现象呈现出不同特征，以此提出了通过θ相来表征接头中的共晶化合物在焊接过程中是否因为焊接温度的高低达到共晶温度而成为液化损伤的起源。

热处理工艺对2195铝锂合金低温力学性能影响规律本文系统地研究了固溶时效、固溶后分级和形变处理的工艺参数对2195Al-Li合金硬度和低温拉伸性能的影响,通过对拉伸断口的SEM观察,探讨了低温拉伸断裂行为,并对固溶时效态样品进行了较为系统的XRD和TEM研究。

结果表明:与常温相比,77K下的抗拉强度指标显著提高。

欠时效处理条件下520℃固溶,160℃×24h为优化工艺,在77K下的抗拉强度σb >590MPa,σ0.2 >470 MPa,而延伸率δ>16 %;500℃固溶35min+160℃×24h处理工艺是典型的获得高的低温塑性的工艺,77K实验条件下,其延伸率高达29.23%,σb和σ0.2分别约为484 MPa和337 MPa;未处理样品的硬度约为HB66,峰时效态硬度约为HB107-109,时效峰大约出现在60-80h;T6态试样在77K 的低温拉伸性能为:σb和σ0.2约为670 MPa,和570 MPa,与常温拉伸(约555 MPa和480 MPa)相比显著提高,δ约为9%与相应常温数据接近。

高的抗拉强度和低的延伸率指标对应于典型的层状分割断面的断口特征,层状断口的出现不仅与试样的热处理状态有关,还和拉伸实验温度有关。

固溶时效处理过程伴有再结晶发生,并产生了不同的再结晶织构。

在低的固溶温度欠时效处理条件下表现出较为强烈的(111)择优取向,提高固溶温度,出现较强烈的(220)择优取向,而在峰时效处理条件下分别出现了(220)、(311)和(200)、(311)晶面的择优取向,时效时间延长,(311)择优取向比例增强。

在固溶时效态析出相以T1相为主,兼有GP 区和少量的β′相(Al3Zr)和δ′(A13Li)相,在T6状态下,先期析出的T1相有所长大,但同时有大量T1相弥散析出。

低温下,通过分级和形变时效处理后2195铝锂合金的力学性能较常温有了显著提高,峰时效时σb提高幅度达到120MPa。

2519铝合金搅拌摩擦焊焊缝组织与性能邱寿昆,贺地求,周古昕(中南大学机电工程学院,湖南　长沙　410083)摘要:2519是第三代新型高强装甲铝合金,开发与之配套的成熟焊接技术,特别是厚板焊接技术,是其实现工程应用的前提。

本文采用搅拌摩擦焊工艺对2519合金厚板进行了实验研究,实现了25mm 厚的2519铝合金焊接。

并对焊缝组织进行了组织、力学性能、抗应力腐蚀性能测试,结果表明:抗拉强度达到300MPa 以上,延伸率达到8～10%。

关键词:2519A ;搅拌摩擦焊;厚板焊接;组织与性能中图分类号:TG 146.2+1,TG 453 文献标识码:A 文章编号:1005-4898(2006)02-0005-04Structure and Property of FSW Welds of 2519Aluminum AlloyQIU Shou -kun ,HE Di -qiu ,ZH OU G u -xin(C ollege of Mechanical and E lectrical Engineering ,Central S outh University ,Changsha 410083,China )Abstract :2519is the third generation of arm ored aluminum alloy with high strength.I t is the premise to develop mature welding technology ,especially thick plate welding technology for its engineering applications.Thick plate of 2519aluminum alloy is re 2searched experimentally using friction stir welding process in the paper.2519aluminum alloy with thickness of 25mm is welded success fully.S tructure ,mechanical property and stress corrosion resistance are tested for welds.The results show that tensile strength is above 300MPa ,elongation of 8～10%is obtained.K ey w ords :2519aluminum alloy ;friction stir welding ;thick plate welding ;structure and property收稿日期:2006-01-12资金项目:国家“863”项目,编号为2002AA 724040。

焊接工艺对铝合金焊接性能的影响发布时间：2021-12-09T10:19:54.263Z 来源：《电力设备》2021年第9期作者：李治[导读] 能实现半自动和全自动焊接，并且焊缝熔深大，强度高，工艺适应性宽等诸多优点，在工业上得到了广泛应用。

（山东电力建设第三工程有限公司山东省青岛市崂山区 266100）摘要：随着社会经济的发展，各地区建设工程逐渐增多，铝合金是建设工程的重要原材料之一，在实际工作期间，铝合金焊接头软化问题给工作人员带来了很大困扰，也是铝合金焊接结构发展的难题，在业内该问题已经引起了热议。

通过实践调查与相关资料分析可以了解到，一般铝合金具有强度高、密度小、耐腐蚀性强、无磁性等特点，目前，在各种焊接结构中，铝合金材料得以广泛利用，并且受到了相关单位与工作人员的青睐。

但是，现阶段铝合金焊接头软化问题较为严重，对于其运用于相关行业发展造成了阻碍性影响，本文将对铝合金焊接头软化问题及改善措施进行具体分析，希望能够提高铝合金在各项工程中的应用质量和效率。

关键词：焊接工艺；铝合金焊接性能；影响引言铝合金以其耐腐蚀性好、密度低、价格优等特点在航空航天、交通运载工具、石油化工等领域得到广泛应用。

随着铝合金应用的广泛发展，铝合金焊接性能越来越重要。

因此，提高铝合金的焊接性能成为铝合金发展的重点。

铝合金焊接材料是铝合金钎焊和熔化焊所必需的填充材料，是决定焊接技术和焊接质量的重要因素之一。

现今，越来越多铝合金焊接采用熔化极惰性气体保护焊（MIG焊），由于其焊接效率高，能实现半自动和全自动焊接，并且焊缝熔深大，强度高，工艺适应性宽等诸多优点，在工业上得到了广泛应用。

1铝合金焊接接头软化因素分析铝合金焊接后，接头软化问题较为常见，在不同焊接工艺及焊接热输入现象下，接头软化程度也不尽相同，但是，热处理强化铝合金焊接接头软化问题极为严重，不利于后续工作的顺利实施。

在退火情况下，非热处理强化铝合金焊接过程中，母材与接头强度方面基本相同，在冷作硬化情况下焊接，母材强度则大于接头强度。

僻接生产应用2195-T8铝锂合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能王雷1,王惠苗1,马方园2,王非凡3,孟占兴1(1.天津航天长征火箭制造有限公司，天津300462 ;2.首都航天机械公司，北京100076 ;3.北京宇航系统工程研究所，北京100076)摘要：对8m m厚度2195铝锂合金进行了搅拌摩擦焊平板对接焊试验，利用光学显微镜和扫描电镜观察分析了焊接接头的显微组织和断口形貌特征，并对接头常温、低温拉伸性能和显微硬度进行了测试。

结果表明，接头整体上宽下窄，呈V字形，由焊核区、热力影响区、热影响区和轴肩影响区组成；-196T：条件下，接头抗拉强度及断后伸长率分别达到母材的71.8%,53. 8%;焊件的硬度分布形貌均呈W状，其中焊核区微观硬度最高，热影响区微观硬度最低;接头断裂位置均位于热影响区附近，断裂特征属于典型的韧性断裂。

关键词：2195铝锂合金；搅拌摩擦焊；力学性能；显微组织中图分类号：TG453〇前言随着未来中国航天事业的发展，研制重型运载火 箭是中国实施载人登月计划、开展深空探测任务的需 要，也是执行未来大型空间设施发射任务的需要。

研 制重型运载火箭是提高中国进人空间能力的必要途 径，也是未来航天事业发展的必要手段。

火箭作为航 天发展的运载工具，降低其火箭重量，就可以承担更大 的有效载荷，而铝锂合金是降低火箭重量的关键材料。

铝锂合金与常温铝合金相比，其密度降低10%，弹性模 量提高10%，高温性能提高一倍[1]。

采用铝锂合金替 代传统铝合金结构材料，可以在较大程度提高刚度的 同时减轻构件的质量，相对复合材料，铝锂合金的成 形、维修等都较方便，成本也远低于复合材料，因此铝 锂合金是很有竞争力的一类航空航天材料。

搅拌摩擦焊是一种新的连接方法，它是通过高速 旋转的搅拌头插人被焊工件，将机械能转化为摩擦热 而实现固相连接[2]。

采用搅拌摩擦焊工艺焊接铝锂合 金，焊接温度低，材料没有发生熔化，因而避免了合金 中U元素的挥发损失，接头不易形成脆性相和热裂纹，接头残余应力低，强度系数高[34。

滚动轧制对铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响0 序言搅拌摩擦焊(FSW)连接作为一项固态连接技术，解决了铝合金、镁合金等各种难以熔焊连接材料的可靠连接难题[1]. 但是搅拌摩擦焊接头表面较大的粗糙度使得疲劳微裂纹极易在表面产生，失稳向接头内部扩展致使接头失效. 因此针对搅拌摩擦焊接头强化研究，国内外科研工作者引入超声喷丸、激光喷丸、表面碾压、超声表面轧制技术等[2-5]物理表面改性技术，以及接头涂层[6]、渗碳、渗氮等表面化学改性方法尝试进一步改善接头性能. 郝宗斌等人[4]采用多重旋转碾压对铝合金FSW焊缝进行了碾压，表层晶粒明显细化，硬度也大幅度升高，组织和硬度均沿着接头厚度方向呈一定梯度分布；Hatamleh等人[5]将激光喷丸、传统喷丸和超声喷丸对AA2024和AA7075 FSW接头的强化做了对比，研究了喷丸对基体表面改性的影响，表明激光喷丸增加了表层残余压应力场深度，疲劳裂纹抗力进一步提高；Li等人[6]研究了表面冷喷涂对AA2024-T3搅拌摩擦焊接头的影响，表面粗糙度显著降低，残余压应力移向涂层，拉伸性能和疲劳寿命分别增加7%和4倍. 针对以上技术的不足，即在FSW接头喷丸过程中喷丸介质高速撞击试件表面，在表面及次表面引入了残余压应力，提高了接头疲劳性能，但增加了接头表面粗糙度，疲劳微裂纹极易在喷丸留下的凹坑边缘或沟犁内萌生并向次表层扩展[7]；碾压由于飞边的存在使得焊缝和母材(不在同一平面)受压力不均；在喷涂过程中涂层与接头界面处存在结合较差，而且接头表面晶粒容易在喷涂过程中长大粗化. 试验中采用的滚动轧制方法可以解决这些不足，在搅拌摩擦焊接基础上，通过快速滚动轧制的施加重复载荷的方法[8]，旨在向表层引入了较大残余压应力的同时降低接头表面粗糙度，其次用冷加工细化表层晶粒，达到提高铝合金接头表面强度，改善整个焊缝接头性能的目的.1 试验方法试验采用转速为800 r/min，焊接速度为90 mm/min的优化组合工艺参数对5 mm厚的铝合金7050退火态板材进行搅拌摩擦对接焊，焊接完成后冷却到室温，用细铁刷除去焊接时留下的毛刺及飞边，用粗砂纸打磨接头表面，在焊缝表面涂覆一层高温润滑油. 采用表1所示工艺参数进行旋转滚动轧制. 滚动轧制头及轧制示意图如图1所示. 用粗糙度仪Mitutoyo SJ-201P测量轧制前后焊缝表面粗糙度. 用线切割机垂直于焊缝截取尺寸为25 mm ×15 mm × 5 mm的试样若干，金相试样制备好后，用kellor试剂 (HF：HCl：HNO3：H2O = 2：3：5：190)进行金相腐蚀. 采用OLYMPUSGX51金相光学显微镜、Quanta FEG-450扫描电镜 (SEM)、HV-1000B(100gf，加载15 s)数字维氏显微硬度仪对接头横截面分别进行宏观及微观组织形貌观察和硬度测试. 对轧制前后的试样逐层电解抛光(电解液为A2，电压为20 kV)，用X射线衍射仪(Rigaku)获取每层应力值. 采用MTS 810 Material Test System试验机对哑铃状试样进行高周疲劳测试，加载频率为50 Hz.最后，林产品国际贸易保护主义将有抬头的迹象。

第30卷 第4期2010年8月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV o l 30,N o 4 A ugust 20102195铝锂合金搅拌摩擦焊接头组织及性能束 彪, 国旭明, 张春旭(沈阳航空工业学院材料科学与工程学院,沈阳110136)摘要:为了研究搅拌摩擦焊(FS W )对2195铝锂合金组织及性能的影响,对5mm 薄板进行了不同工艺参数的搅拌摩擦焊接。

显微组织分析及力学测试结果表明:合金经FS W 后,接头组织由焊核区、热机影响区、热影响区三个明显不同的区域组成。

当焊速不变,搅拌头转速 在700~1300r /m i n 之间变化时,接头抗拉强度随转速 增大而降低;搅拌头转速不变,焊速 在60~140mm m i n -1之间变化时,接头抗拉强度随焊速 增大而提高。

当 =140mm m i n -1, =1000r /m i n 时,焊接接头强度系数达到73%。

焊后接头显微硬度发生了较大程度的软化。

关键词:搅拌摩擦焊(FS W );焊接速率;旋转速率;显微组织;硬度;铝锂合金DO I :10 3969/j i ssn 1005 5053 2010 4 003中图分类号:TG146 2 文献标识码:A 文章编号:1005 5053(2010)04 0012 04收稿日期:2009 09 01;修订日期:2009 10 05基金项目:中航集团航空基金(2008ZE54013)作者简介:束彪(1985 ),男,硕士研究生,主要从事铝合金搅拌摩擦焊研究,(E m a il)shub iao0103@ 。

铝锂合金具有低密度、高比强度和比刚度、优良的低温性能、良好的耐蚀性能和超塑性等特点,在航天航空领域显示出广阔的应用前景[1,2]。

随着铝锂合金的进一步推广应用,其焊接性研究日益得到重视。

但铝锂合金熔焊时的主要问题有:焊接气孔、焊接热裂纹和接头弱化,特别是接头弱化和气孔问题尤为突出[3],这导致焊接接头强度远低于母材金属。

焊接工艺优化对铝合金材料力学性能的影响随着科技的不断进步，铝合金材料的应用也越来越广泛。

铝合金材料在航空、汽车、电子等领域中得到了广泛的应用，而焊接是连接铝合金材料的重要工艺之一。

焊接工艺的优化可以显著影响铝合金材料的力学性能，因此在铝合金材料的焊接加工工艺中，优化焊接工艺至关重要。

一、铝合金材料的力学性能铝合金材料因其具有优异的强度、韧性、耐腐蚀性和轻质等特点被广泛应用。

常用的铝合金主要包括2***、5***、6***、7***等系列，其中以6***系列的铝合金应用最为广泛。

这主要是因为6***系列的铝合金具有良好的加工性能和强度，同时具有一定的耐腐蚀性能。

铝合金材料的力学性能一般指其强度和韧性等指标。

强度指的是材料在受力作用下的抵抗能力，通常包括屈服强度、抗拉强度和硬度等指标。

韧性指的是材料在受力作用下的能量吸收能力，通常包括延伸率和冲击韧性等指标。

铝合金材料的力学性能是由其原材料冶炼、热处理、机械加工等环节的加工工艺和焊接工艺等因素共同决定的。

二、影响铝合金材料力学性能的因素1. 热处理工艺铝合金经过冷变形后，会形成母体和弥散相的组织结构。

热处理工艺能够改变组织结构，通常包括时效处理、淬火和回火处理等。

适宜的热处理工艺能够改善材料的力学性能，如提高强度和韧性等。

2. 机械加工工艺铝合金材料在进行机械加工的过程中，会产生应力、氧化皮和裂纹等缺陷。

适宜的机械加工工艺能够减小这些缺陷，提高材料的力学性能。

3. 焊接工艺焊接是连接铝合金材料的重要工艺之一，是铝合金产品的核心。

焊接工艺能够改变材料的组织结构和力学性能，进而影响其可靠性和使用寿命。

三、焊接工艺优化对铝合金材料力学性能的影响铝合金焊接工艺的优化需要综合考虑多个方面的因素：1. 焊接参数优化焊接参数直接影响焊缝的质量，包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接角度等。

适宜的焊接参数能够保证焊缝的质量和强度，进而保证铝合金材料的力学性能。

2. 焊接材料优化不同的焊接材料具有不同的化学成分和力学性能。