两种铝/钢组合（1060/Q235和1060/SUS304）的搅拌摩擦钎焊组织与性能对比研究

目的研究搅拌摩擦钎焊对强度高、去膜难的不锈钢基板的机械去膜能力以及添加钎料的必要性。方法对1060/Q235和1060/SUS304两种组合,采用大直径(40 mm)的无针搅拌头,对比有无钎料情况下的接头组织与性能,研究搅拌摩擦钎焊的去膜机制以及钎料对界面组织与性能的影响。结果搅拌摩擦钎焊后的1060/Q235和1060/SUS304两种组合,分别形成13μm与5μm厚的IMC层;Al/Q235组合仅在中心区域未出现裂纹,但在边缘的前进侧与后退侧分别出现了长达12mm与9mm的平行于界面的裂纹;虽然Al/SUS304组合界面IMC厚度薄,但出现平行于界面裂纹(整个宽度范围内)和垂直于界面的裂纹。结论搅拌摩擦钎焊借助大轴肩对两种组合都具有优良的机械去膜能力;Zn钎料的添加可进一步加速IMC的生长,Al/SUS304组合对热应力更敏感,应采用低拘束与低热输入方案。     

铝/镁搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头微观组织结构

目的研究不同工艺参数下钎料Zn的添加对Al/Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头组织和性能的影响。方法以厚度为0.05 mm的纯Zn作为钎料,对3 mm厚的2A12-T4态铝合金和4 mm厚的AZ31变形镁合金,进行搅拌摩擦焊-钎焊的复合焊接,分析锌夹层的添加对接头微观组织与力学性能的影响。结果当添加Zn中间层时,接头钎焊区缓解了拉伸断裂趋势,在焊接速度为23.5 mm/min,旋转速度为375 r/min时,接头抗拉剪力达到5.5 k N,复合焊接接头的钎焊焊缝由搭接区、固相扩散区、钎焊区组成。结论钎料的添加有效阻止了Al-Mg系金属间化合物的形成。     

轴肩下压量对搅拌摩擦焊搭接焊缝界面迁移的影响

采用左螺纹圆柱搅拌针对2mm厚的LF6铝合金板进行搅拌摩擦焊搭接实验,研究了轴肩下压量对搅拌摩擦焊搭接焊缝界面迁移的影响.结果表明:焊缝返回边和前进边的搭接界面均向焊缝上表面迁移,在返回边,界面迁移至焊缝顶部时,水平向焊缝中心迁移,最大可延伸至前进边;而前进边的界面仅分布在前进边侧.返回边的界面迁移高度随轴肩下压量增加...     

SiCp/Al复合材料焊接综述

为实现SiCp/Al复合材料的高质量可靠焊接,推广SiCp/Al复合材料在各领域的应用,调研了国内外SiCp/Al复合材料不同焊接方法的研究现状。在熔化焊方面,国内外学者通过调整工艺参数、在焊缝中加入Ti元素发生诱发反应等方法,抑制了焊缝中Al4C3针状脆性相的形成,从而提高了焊接接头的力学性能。在搅拌摩擦焊方面,国内外学者针对不同材料设计了专用的焊接搅拌头,以保证它们具备高耐磨性与足够的冲击韧性,在焊接过程中不出现破损情况;关注了焊接过程中焊接头转速、焊接速度、轴向力与热输入等因素,以获得力学性能优秀、晶粒细小均匀的焊接接头。在扩散焊方面,国内外学者探究了中间夹层对焊缝界面间原子相互扩散的促进作用;采取不同工艺参数,以外加超声或电子束表面加热等方式促进了原子间的相互扩散,以获得力学性能优异的焊接接头,提高焊接效率。在钎焊方面,国内外学者通过探究钎料与SiCp/Al复合材料之间的润湿性来组合钎料与钎剂,通过化学腐蚀处理表面暴露颗粒增强相、在复合材料表面电镀金属等方法来增大钎料与增强相的润湿性、解决钎料铺展受阻的问题,以进一步提高钎焊焊接接头质量。     

工艺参数对Al-Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接接头力学性能的影响

目的研究工艺参数对Al-Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接接头力学性能的影响。方法采用搅拌摩擦焊-钎焊方法,在不同焊接工艺参数下焊接2A12-T4铝合金和AZ31镁合金。结果当焊接速度为23.5mm/min、旋转速度为375 r/min时,焊接接头的抗拉剪力达到最大,为5.5 kN,比搅拌摩擦焊接头的最大抗拉剪力的5.0 kN提高了10%。结论搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接的工艺参数会显著影响铝/镁异种金属接头力学性能,通过优化工艺参数能够获得力学性能优异的铝/镁异种金属焊接接头。复合焊接接头的抗拉剪力随着焊接速度的增大呈现先增大后减小的趋势。     

镀锌钢板与6061铝合金搭接搅拌摩擦钎焊

目的 分析Q235镀锌钢与6061铝合金搅拌摩擦钎焊接头在不同旋转速度下的组织性能。方法 使用0.3 mm的Zn作为中间层,通过搅拌摩擦钎焊,焊接6061铝合金与Q235镀锌钢,观察测试其接头组织和力学性能。结果 转速从660 r/min增加到1750 r/min时,随着进入到6061铝合金近缝区Zn元素的增加,铝合金搅拌区孔洞变小。界面Zn过渡层变薄。在适中的转速下,界面结合良好。接头最大平均拉剪力先增加后降低,界面显微硬度升高,硬度梯度增加。结论 搅拌头在1320 r/min转速下,测得搅拌摩擦钎焊接头平均拉剪力为2.33 kN。     

水下搅拌摩擦焊对铝/铜接头组织与性能的影响

目的 采用搅拌摩擦焊,对比分析大气环境和水下环境下铝/铜接头的组织与性能,以期获得力学性能更优异的铝/铜焊接接头。方法 利用搅拌摩擦焊,在焊接速度为40 mm/min、旋转速度为1 000 r/min的条件下,分别在大气环境和水下环境下对厚度为9 mm的6061铝合金板和T2纯铜板进行焊接。然后,对铝/铜界面、焊核区进行扫描电镜及能谱分析,并对铝/铜界面及焊核区进行物相分析,确定产物相组成。最后,对铝/铜试样进行拉伸及硬度检测。结果 铝/铜接头均无裂纹、气孔等缺陷。铜颗粒弥散分布在焊核区,铝/铜界面形成金属间化合物层。水下搅拌摩擦焊下界面元素扩散距离明显变短,且金属间化合物厚度更薄。铝/铜接头的金属间化合物为AlCu和Al4Cu9。大气环境焊接下接头的抗拉强度为130.6 MPa,断裂方式为脆性断裂;水下焊接下接头的抗拉强度为199.5 MPa,断裂方式为韧性断裂。水下环境下的接头硬度值更高,其中热影响区的硬度最低值约为65HV。结论 水下搅拌摩擦焊铝/铜接头无裂纹、气孔等缺陷。组织上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头界面元素扩散距离更短,硬脆的金属间化合物更少;性能上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头强度更高,抗拉强度达到199.5 MPa,达到母材的74.4%。     

6061铝合金无倾角搅拌摩擦焊工艺及性能

目的 为了适应空间曲面构件的搅拌摩擦焊,开展6061铝合金无倾角搅拌摩擦焊工艺及性能的研究。方法 采用无倾角搅拌摩擦焊用的搅拌头,对5 mm厚6061-T6铝合金板材进行试验,研究焊缝成形及接头力学性能,并分析接头组织特征。结果 零倾角搅拌摩擦焊接头从组织上可区分为5个不同区域：焊核区(WNZ)、热力影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)、轴肩影响区(SAZ)和母材(BM);随着搅拌头转速增加,焊缝宽度和焊核尺寸均先变大后变小;随焊接速度增加,焊缝宽度和焊核尺寸均逐渐变小;当焊接速度固定时,随搅拌头转速增加,接头拉伸强度先增加后减小;当搅拌头转速固定时,随焊接速度增加,接头拉伸强度逐渐增大。结论 采用无倾角搅拌摩擦焊接方法,能够实现对5 mm厚6061-T6铝合金板材的有效焊接。     

铝合金薄板搭接高速 FSW 缺陷及断裂行为

目的 为了拓展搅拌摩擦焊技术应用,对薄板搭接结构高速搅拌摩擦焊工艺优化与工程应用提供 借鉴与指导。方法 采用圆锥无螺纹搅拌针,进行了 6061 铝合金薄板搭接高速搅拌摩擦焊接,对接头界 面缺陷及其断裂模式进行分析,探讨了转速对 6061 铝合金薄板搭接接头成形及性能的影响规律。结果 发现在无螺纹圆锥搅拌针、高转速（6000~9000 r/min）条件下,接头塑性金属在后退侧易形成飞边流出, 导致下板前进侧出现孔洞缺陷,且随转速增大,界面缺陷尺寸逐渐增大,当转速达到 10 000 r/min 时, 孔洞尺寸有所减小,此时接头拉剪强度最高,为 123 MPa。对试样拉剪断裂位置分析发现,高速搭接接 头断裂位置主要有两种,分别断裂在结合界面处或在前进侧下板,且转速在 9000 r/min 以上越趋向于在 结合界面断裂。结论 高转速搭接焊接必须协调轴肩相貌、焊接工装约束等条件,保证接头塑性金属充 分流动而不流失,才能获得成形良好无缺陷的接头。     

纯铝板搅拌摩擦焊温度场数值模拟

建立了搅拌摩擦焊热源模型,利用有限元分析软件ABAQUS模拟了搅拌摩擦焊的温度场,研究了焊接速度、搅拌头轴肩尺寸和垫板材质对搅拌摩擦焊接过程中试板的温度场的影响。结果表明：随着焊接速度的提高,焊件上各点的峰值温度降低,经历高温区的时间减少;轴肩摩擦热是热输入的主要来源,随着搅拌头轴肩尺寸的增加,焊缝中心高温区同一等温线上宽下窄的分布特征越来越明显;垫板材质明显影响焊件底部的温度和分布;适当的焊接参数、搅拌头尺寸及散热条件对获得较好的焊缝质量极为重要。     

金属与复合材料搅拌摩擦搭接焊的研究现状

金属与复合材料连接研究目前处于初级阶段。在焊接方面,搅拌摩擦焊作为一种固相连接技术,可以在较低温度下实现物理化学性能差异较大的金属与复合材料的连接。综述了国内外金属与复合材料搅拌摩擦搭接焊的研究现状,在接头形式、焊具设计、焊接参数优化以及连接机制等方面做了详细介绍。结果表明,静止轴肩可有效提高接头表面成形质量及抗拉强度;接头内的锚结构能够有效增加接头的机械互锁能力;通过优化焊具形貌及工艺参数可以增加锚结构尺寸。金属与复合材料的连接机制主要为机械互锁、化学键合以及较弱的范德华力。此外,对金属与复合材料搅拌摩擦焊的发展提出了相关建议。     

铝合金超声辅助搅拌摩擦焊接接头组织性能研究

目的探究超声振动对铝合金搅拌摩擦焊的作用效果。方法分别采用普通搅拌摩擦焊和超声辅助搅拌摩擦焊方法,对7075铝合金进行焊接试验,并对焊接接头的微观组织、力学性能、断口形貌进行分析。结果普通搅拌摩擦焊焊缝中生成了隧道型缺陷,施加超声振动后,缺陷消失,形成了无缺陷的良好接头,且与普通搅拌摩擦焊相比,超声辅助搅拌摩擦焊焊缝热影响区晶粒长大程度较小,焊核晶粒细化。接头强度明显提高,达到铝合金母材强度的71.5%,接头断裂模式为韧窝和准解理的混合断裂形式。结论超声振动促进了塑性金属的流动,能有效抑制孔洞、隧道型缺陷等的形成,同时超声振动能在提升金属塑性的同时,降低焊缝的热输入。     

Mechanical Properties and Microstructure of 6082-T6 Aluminum Alloy Joints by Self-support Friction Stir Welding

The majority of this research has concentrated on developing the self-support friction stir welding（SSFSW） tool which consists of a big concave upper shoulder and a small convex lower shoulder, and procedures for making reliable welds in aluminum hollow extrusion. The 5-mm-thick 6082-T6 aluminum alloy was self-support friction stir welded at a constant tool rotation speed of 800 r/min. The effect of welding speed on microstructure and mechanical properties was investigated. The results of transverse tensile test indicated that the tensile strength of joints increased and the elongation decreased with increasing welding speed. The whole values of microhardness of SSFSW joints increased with increasing welding speed from 10 to 200 mm/min. The defectfree joints were obtained at lower welding speeds and the tensile fracture was located at the heat-affected zone（HAZ） adjacent to the thermo-mechanically affected zone（TMAZ） on the advancing side. The investigation of the flow pattern of the softened metal around the SSFSW tool revealed that the flow pattern of the softened metal was driven by two shoulders and the stir pin. The failure of specimens in tension presented the ductile fracture mode.     

搅拌摩擦焊接技术的研究现状及其展望

搅拌摩擦焊是针对焊接性差的铝、铗合金而开发出的一种新型固相焊接工艺,由英国焊接研究所于1991年开发的专利技术.简要介绍了搅拌摩擦焊的应用现状,综述了近10年来国内外搅拌摩擦焊技术的发展概况和最新进展,比较详尽地总结了焊接接头形成机理、适用母材、接头微观组织、力学性能、焊接设备、焊接工艺及搅拌摩擦焊应用领域.     

Analysis of first mode metal transfer in A413 cast aluminum alloy during friction stir processing

Friction stir processing (FSP) is a recent processing technique where a non consumable rotating cylindrical tool is used to generate frictional heat and local plastic deformation at selected processing locations. In cast alloys, FSP eliminates casting defects and refines micro structures, and leads to improvement in their mechanical properties. The metal flow phenomenon in friction stir processing (FSP) comprises two modes of metal transfer. The first mode of metal transfer takes place layer by layer and is caused by the shearing action of the tool shoulder, while the second mode is caused by the extrusion of the plasticized metal around the pin. The aim of the present study is to quantitatively determine the amount of metal transferred by the first mode during friction stir processing of cast aluminum A413 alloys and its influence on the tensile properties. The experimental results show that the mechanical properties can be enhanced through FSP and the enhanced properties have good correlation with the first mode of metal transfer.     

基于搅拌摩擦的金属固相增材制造研究进展EI北大核心CSCD

基于搅拌摩擦的固相增材制造是大型轻质合金构件成形制造的新技术,已成为国内外先进成形制造领域研究的热点之一。本文对目前国内外基于搅拌摩擦的金属固相增材制造技术及其相关工艺机理的研究现状进行了分析和总结。常见的基于搅拌摩擦的固相增材制造技术可分为三类:基于搅拌摩擦搭接焊原理,使板材逐层堆积,从而获得增材构件的搅拌摩擦增材制造(friction stir additive manufacturing,FSAM)技术;采用中空搅拌头,通过添加剂(粉末或丝材)进行固相搅拌摩擦沉积的增材制造(additive friction stir deposition,AFSD)技术;采用消耗型棒材,通过棒材的摩擦表面处理,形成增材层的摩擦表面沉积增材制造(friction surfacing deposition additive manufacturing,FSD-AM)技术。重点分析了金属材料基于搅拌摩擦的固相增材制造技术的国内外研究与应用现状,对比了三类基于搅拌摩擦的固相增材制造技术的特征及其工艺优缺点。最后指出增材工艺机理、形性协同控制、外场辅助工艺改型、新材料应用和人工智能优化是基于搅拌摩擦的固相增材制造技术未来研究的重点方向。     

Formation and mechanical properties of stationary shoulder friction stir welded 6005A-T6 aluminum alloy

6005A-T6 aluminum alloy is welded by stationary shoulder friction stir welding (SSFSW). At a constant rotational velocity of 2000 rpm, the effect of welding speed on mechanical properties of SSFSW joint are investigated in detail. Defect-free joint with gloss surface and small flash is attained and no cracks appear at the bending angle of 180°. Compared with traditional friction stir welding (FSW), width of rotational shoulder affected zone is relatively small because of the smaller diameter of rotational shoulder. Increasing welding speed is benefit for reducing the width of softening region and the softening degree. The fracture position of welding joint locates in thermo-mechanically affected zone and the fracture surface morphology presents the typical ductile fracture. The maximum tensile strength of joint at the welding speed of 400 mm/min reaches 82% of base metal (BM).