超轻双相LZ91镁锂合金搅拌摩擦搭接焊接技术研究
发布时间：2021-01-31 00:56
以2mm厚双相LZ91镁锂合金为研究对象,通过FSW技术对其进行搭接焊接,重点研究了焊接速度的变化对焊缝成形、接头中原始搭接界面迁移以及接头性能的影响。结果表明,采用普通的锥形搅拌针工具,在工具转速为2 000r/min和轴肩下压量0.2mm下,当焊接速度为800和1 200mm/min时,均可以实现LZ91合金的搅拌摩擦搭接焊接（FSLW）。但是,当焊接速度过大（1 600mm/min）时,会在接头内部出现由于热输入不足而形成的隧道缺陷。对接头的微观组织分析发现,FSLW接头中的搅拌区由细小的等轴晶构成,前进侧（AS）中热机影响区（TMAZ）/热影响区（HAZ）中的白色α-Mg相晶粒尺寸略大于后退侧（RS）;而灰色的β-Li相晶粒尺寸明显小于RS,且随着焊接速度的增加,热输入变小,搅拌区中晶粒细化的现象更加明显。此外,LZ91合金FSLW接头中存在轻微的界面迁移现象。RS中冷搭接缺陷由原始搭接界面一直延伸至搅拌区中,呈现先向上再向下变化的趋势;AS中的钩状缺陷迁移程度较轻,并且呈现轻微向下弯曲的特征,而且随着焊接速度的增加,界面迁移的程度也发生轻微的加重。另外,通过宽度为12mm的F...
【文章来源】：有色金属工程. 2020,10(07)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
不同焊接速度下，LZ91镁锂合金FSLW接头宏观截面形貌
图2(a）、2(b）和2(c）分别是在焊接速度为800、1 200和1 600mm/min下，获得的LZ91镁锂合金的FSLW接头的表面形貌。由图2(a）可见，焊缝表面鱼鳞纹间距较细且光滑整齐，焊缝边缘部分有飞边现象的出现，这是因为焊接速度小、而搅拌头转速大，从而导致焊缝表面形成的鱼鳞纹较为细密，同时由于轴肩的下压，导致母材表面的材料被挤压至焊缝边缘，形成飞边。随着焊接速度的增加，焊缝表面鱼鳞纹的间距逐渐增加（图2b和2c）。需要指出的是，当焊接速度过快时（1 600mm/min），由于热输入的不足，会导致焊缝表面质量有所下降（图2c）。图3和图4是分别在采用不同焊接速度条件下，获得的LZ91镁锂合金的FSLW接头的宏观形貌，以及接头中的冷搭接和hook的高倍形貌图。由图3(a）、4(a）和4(b）可见，在焊接速度为800mm/min时，接头截面成形良好，无明显缺陷。需要指出的是，接头中存在轻微的界面迁移现象。其中AS中的hook，略微向下弯曲，而RS中的冷搭接缺陷，从原始搭接界面一直延伸至搅拌区中，呈先向上、后向下的变化趋势。由图3(b）、图4(c）和4(d）可见，在焊接速度为1 200mm/min时，仍能获得成形良好，几乎没有缺陷的焊接接头。但是与焊接速度为800mm/min下的接头相比，界面迁移的程度有所增加，AS中的hook以及RS中的冷搭接缺陷的迁移程度均有所加重。由图3(c）、图4(e）和4(f）可见，在焊接速度为1 600mm/min时，界面迁移的程度进一步提高。然而还需要指出的是，在接头底部出现了明显的隧道缺陷（图3c），这是由于焊接速度的增加，导致热输入降低，塑化的材料未能得到有效填充所致。
图7是LZ91镁锂合金的FSLW接头的微观组织。由图7f可见，其基体组织具有明显的双相特征，其中白色的为α-Mg相，灰色的为β-Li相，两种相均具有一定的方向性。其中，图7(a）、7(b）和7(c）分别为接头中焊核区（SZ）上、中和下部的微观组织。从图7(a）可以看出，晶粒由条状的α相和等轴块状的β相组成，这是由于SZ上部受轴肩热的影响和搅拌针的直接搅拌作用，晶粒演变激烈；而SZ中部的α相被打碎，由原先上部的长条状变为岛状、颗粒状，而β相依旧为块状的粗大的等轴晶粒（图7b）；在SZ下部出现了典型“洋葱环”组织，该区域由于受轴肩热的作用影响较小，主要由β相和均匀分布的细小α相颗粒组成。从不同区域的微观组织可以看到，接头中SZ中的组织细化明显，呈明显的等轴细晶的特点（图7c）；图7(d）和7(e）分别为FSLW接头中AS和RS中热机影响区（TMAZ）/和热影响（HAZ）的微观组织。可以看出对于TMAZ/HAZ而言，AS中的α相晶粒尺寸要略微大于RS中的晶粒，但是其β相的晶粒尺寸则要小于RS中的晶粒。这是因为在焊接过程中，AS的材料受到的高温作用时间要略低于RS，因此对于AS中α相晶粒而言，其内部储存的能量较少，导致其驱动力略低，使α相发生动态再结晶的数量较少，因此其晶粒较大；而对于β相而言，由于其在最初的轧制阶段较α相发生了极为充分的变形（图7f），进而更容易发生动态再结晶，因此AS中TMAZ/HAZ的热输入足以导致其发生充分的再结晶，而RS中β相晶粒所吸收的能量不仅使其发生再结晶，还会导致其晶粒发生一定程度的长大，所以最终导致AS中β相晶粒比RS中小。2.4 FSLW接头中界面迁移与接头性能关联关系的分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]AZ31镁合金搅拌摩擦对接焊接头性能及组织分析[J]. 梁汉优,刘刚,耿家源. 热加工工艺. 2018(15)
[2]焊后时效对异种铝合金搅拌摩擦焊接头的影响[J]. 孙甲尧,唐进元,刘让贤,胡良君,袁江,陈胜迁. 有色金属工程. 2018(03)
[3]镁锂合金搅拌摩擦焊接工艺特性分析[J]. 张婧,封小松,张成聪,黄珲. 焊接学报. 2017(04)
[4]镁合金焊接热裂纹的研究进展[J]. 马宝霞,赵建勋,王丽萍,刘东戎. 材料导报. 2016(03)
[5]搅拌摩擦焊接AZ31镁合金工艺改进与性能分析[J]. 庹前进. 热加工工艺. 2013(21)
[6]旋转速度对航空高强铝合金搅拌摩擦焊缝性能的影响[J]. 夏罗生. 有色金属工程. 2013(01)
[7]Microstructure and mechanical properties of Mg-xLi-3Al-1Ce alloys[J]. 张密林,巫瑞智,王涛,刘滨,牛中毅. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2007(S1)
本文编号：3009908
【文章来源】：有色金属工程. 2020,10(07)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
不同焊接速度下，LZ91镁锂合金FSLW接头宏观截面形貌
图2(a）、2(b）和2(c）分别是在焊接速度为800、1 200和1 600mm/min下，获得的LZ91镁锂合金的FSLW接头的表面形貌。由图2(a）可见，焊缝表面鱼鳞纹间距较细且光滑整齐，焊缝边缘部分有飞边现象的出现，这是因为焊接速度小、而搅拌头转速大，从而导致焊缝表面形成的鱼鳞纹较为细密，同时由于轴肩的下压，导致母材表面的材料被挤压至焊缝边缘，形成飞边。随着焊接速度的增加，焊缝表面鱼鳞纹的间距逐渐增加（图2b和2c）。需要指出的是，当焊接速度过快时（1 600mm/min），由于热输入的不足，会导致焊缝表面质量有所下降（图2c）。图3和图4是分别在采用不同焊接速度条件下，获得的LZ91镁锂合金的FSLW接头的宏观形貌，以及接头中的冷搭接和hook的高倍形貌图。由图3(a）、4(a）和4(b）可见，在焊接速度为800mm/min时，接头截面成形良好，无明显缺陷。需要指出的是，接头中存在轻微的界面迁移现象。其中AS中的hook，略微向下弯曲，而RS中的冷搭接缺陷，从原始搭接界面一直延伸至搅拌区中，呈先向上、后向下的变化趋势。由图3(b）、图4(c）和4(d）可见，在焊接速度为1 200mm/min时，仍能获得成形良好，几乎没有缺陷的焊接接头。但是与焊接速度为800mm/min下的接头相比，界面迁移的程度有所增加，AS中的hook以及RS中的冷搭接缺陷的迁移程度均有所加重。由图3(c）、图4(e）和4(f）可见，在焊接速度为1 600mm/min时，界面迁移的程度进一步提高。然而还需要指出的是，在接头底部出现了明显的隧道缺陷（图3c），这是由于焊接速度的增加，导致热输入降低，塑化的材料未能得到有效填充所致。
图7是LZ91镁锂合金的FSLW接头的微观组织。由图7f可见，其基体组织具有明显的双相特征，其中白色的为α-Mg相，灰色的为β-Li相，两种相均具有一定的方向性。其中，图7(a）、7(b）和7(c）分别为接头中焊核区（SZ）上、中和下部的微观组织。从图7(a）可以看出，晶粒由条状的α相和等轴块状的β相组成，这是由于SZ上部受轴肩热的影响和搅拌针的直接搅拌作用，晶粒演变激烈；而SZ中部的α相被打碎，由原先上部的长条状变为岛状、颗粒状，而β相依旧为块状的粗大的等轴晶粒（图7b）；在SZ下部出现了典型“洋葱环”组织，该区域由于受轴肩热的作用影响较小，主要由β相和均匀分布的细小α相颗粒组成。从不同区域的微观组织可以看到，接头中SZ中的组织细化明显，呈明显的等轴细晶的特点（图7c）；图7(d）和7(e）分别为FSLW接头中AS和RS中热机影响区（TMAZ）/和热影响（HAZ）的微观组织。可以看出对于TMAZ/HAZ而言，AS中的α相晶粒尺寸要略微大于RS中的晶粒，但是其β相的晶粒尺寸则要小于RS中的晶粒。这是因为在焊接过程中，AS的材料受到的高温作用时间要略低于RS，因此对于AS中α相晶粒而言，其内部储存的能量较少，导致其驱动力略低，使α相发生动态再结晶的数量较少，因此其晶粒较大；而对于β相而言，由于其在最初的轧制阶段较α相发生了极为充分的变形（图7f），进而更容易发生动态再结晶，因此AS中TMAZ/HAZ的热输入足以导致其发生充分的再结晶，而RS中β相晶粒所吸收的能量不仅使其发生再结晶，还会导致其晶粒发生一定程度的长大，所以最终导致AS中β相晶粒比RS中小。2.4 FSLW接头中界面迁移与接头性能关联关系的分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]AZ31镁合金搅拌摩擦对接焊接头性能及组织分析[J]. 梁汉优,刘刚,耿家源. 热加工工艺. 2018(15)
[2]焊后时效对异种铝合金搅拌摩擦焊接头的影响[J]. 孙甲尧,唐进元,刘让贤,胡良君,袁江,陈胜迁. 有色金属工程. 2018(03)
[3]镁锂合金搅拌摩擦焊接工艺特性分析[J]. 张婧,封小松,张成聪,黄珲. 焊接学报. 2017(04)
[4]镁合金焊接热裂纹的研究进展[J]. 马宝霞,赵建勋,王丽萍,刘东戎. 材料导报. 2016(03)
[5]搅拌摩擦焊接AZ31镁合金工艺改进与性能分析[J]. 庹前进. 热加工工艺. 2013(21)
[6]旋转速度对航空高强铝合金搅拌摩擦焊缝性能的影响[J]. 夏罗生. 有色金属工程. 2013(01)
[7]Microstructure and mechanical properties of Mg-xLi-3Al-1Ce alloys[J]. 张密林,巫瑞智,王涛,刘滨,牛中毅. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2007(S1)
本文编号：3009908
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