基于CEL方法的Al/Mg搅拌摩擦焊温度场及材料混合流动研究

本文基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法建立5A06铝合金与AZ31B镁合金对接搅拌摩擦焊（FSW）的全热力耦合数值模型,并结合试验测试对Al/Mg异种金属FSW过程的温度场及材料混合流动特征进行研究。数值模拟所得特征点的温度循环曲线、焊缝表面形貌以及横截面上异种材料的混合分布状态均与试验结果吻合良好。在此基础上,采用质点追踪法对材料混合流动行为进行了深入分析。结果显示,高温区集中分布在轴肩下方区域,返回侧(Mg侧)温度较低温度梯度较大。焊缝区上表面材料熔合线偏向于前进侧(Al侧)。搅拌针附近材料流动剧烈,前进侧和返回侧的大部分材料都较均匀地沉积于搅拌针后方。前进侧与返回侧材料在水平和竖直方向上的交叉混合流动,最终形成了两种材料“咬合式”的界面特征。     

工艺参数对铝合金静轴肩搅拌摩擦焊焊缝成形的影响

采用自主设计的静轴肩搅拌摩擦焊设备对3 mm厚2024铝合金进行了搭接试验,研究了焊接速度及搅拌头旋转速度对焊缝成形的影响规律。研究表明,工艺参数不当时,焊核会形成未结合的冶金界面。焊缝表面缺陷与转移至焊缝上部的金属量有关。随着焊接速度的增加或者旋转速度的减小,焊核区宽度与界面迁移高度减小,界面迁移深度(水平迁移距离)增大。     

粉末粒度对FSP制备Al-Ni金属间化合物增强铝基复合材料的影响

采用搅拌摩擦加工法在Al基体中添加粒度30~40μm,8~10μm,2~3μm的Ni粉,制备Ni(400)/Al、Ni(1500)/Al及Ni(6500)/Al复合材料。采用SEM、EDS以及XRD对复合区微观结构及相组成进行分析。结果表明,Ni粉粉末粒度对生成的产物形态有较大影响,随着粉末尺寸增大,团聚效应减弱,破碎效果增强,Ni(6500)/Al、Ni(1500)/Al和Ni(400)/Al中Ni团体依次呈独特叠层状组织、类椭圆形结构和近圆形结构;粉末尺寸的增大对金属间化合物的生成更有利;与基体相比,Ni(6500)/Al、Ni(1500)/Al和Ni(400)/Al的抗拉强度依次提高了50%、59%和71.9%。     

0．3mm厚镀镍钢片微电阻点焊接头组织性能研究

本文采用微电阻点焊对厚度0．3mm的镀镍钢片进行了连接,利用光学显微镜,电子精密拉伸机等分析测试手段,研究了焊接电流、电极压力和焊接时间对焊接接头成形及组织,性能的影响。研究结果表明,当焊接电流为2．3kA、电极压力为160N、焊接时间为3cyc时,接头成形良好,抗剪切强度为552．1N,接头断裂形貌为“纽扣”状。焊接接头熔核区显微组织由粗大柱状晶构成,晶内析出针状铁素体及板条马氏体组织,焊接接头显微硬度高于母材。     

旋转摩擦挤压合金化法制备Al3Ti金属间化合物

采用自制旋转摩擦挤压合金化设备以纯铝板和纯Ti粉为原材料制备了Al-Ti金属间化合物.利用扫描电子显微镜、能谱仪、透射电子显微镜以及X射线衍射仪对合金化产物的微观组织结构及相组成进行了分析,并对其显微硬度进行了测量.结果表明:原材料Al、Ti在摩擦棒的剪切与强烈挤压力的共同作用下,能够在固态下发生合金化反应,生成Al3...     

薄片状TiNi合金/不锈钢激光微焊接接头组织特征

采用微型脉冲激光对0.2 mm厚的薄片状TiNi形状记忆合金/不锈钢异种材料进行对接焊,研究了接头的微观组织特征。结果表明,以纯Ni丝为填充材料、以微型脉冲激光为热源可以实现TiNi合金/不锈钢异种材料的良好焊接。焊缝中心区为细小的等轴晶组织,主要元素为Ti、Ni、Fe。Ti元素的含量和不锈钢母材基本接近, Ni元素的含量略高于TiNi合金母材,远高于不锈钢母材,但TiNi合金母材一侧基本没有Fe元素。TiNi合金母材与焊缝之间存在明显的界面区,宽度为10～20 μm,界面区有从不锈钢母材扩散而来的Fe、Cr元素。不锈钢母材与焊缝之间界面区的宽度较小,表现为界面线     

转速对铝/镁搅拌摩擦焊接头金属间化合物及低熔点共晶的影响

研究了转速对铝/镁搅拌摩擦焊接头金属间化合物和低熔点共晶的影响,并用电子背散射衍射表征了铝侧和镁侧界面微观结构。结果表明,当采用375 r/min的低转速时,镁侧界面上部出现由Mg固溶体和Al₁₂Mg₁₇相组成的共晶层,平均厚度为38.83 μm。在镁侧界面上部还发现一层厚度为12.3 μm的连续柱状Al₃Mg₂层,垂直于Al₃Mg₂层与共晶层的边界。在镁侧界面的中部和底部,只有Al₃Mg₂层和Al₁₂Mg₁₇层,其厚度沿厚度方向从上到下依次减小。此外,铝侧和镁侧界面的Al₃Mg₂层具有较高的平均晶粒取向差,这为铝和镁原子间的扩散提供了一条途径。当转速为600 r/min时,Mg固溶体与Al₁₂Mg₁₇相组成的共晶层沿厚度方向分布在镁侧界面上,共晶层厚度较低转速（375 r/min）时显著增加。镁侧界面上部的Al₃Mg₂层和共晶层的平均厚度分别为32.89和68.92 μm。最后,由转速引起的应变速率对金属间化合物的生长起着重要作用。     

FSW搭接接头界面迁移行为研究

采用左、右螺纹搅拌针的搅拌头对不同热处理状态的2A12铝合金板材进行FSW搭接试验,研究了搅拌针螺纹旋向、材料性能对搭接接头界面迁移行为及接头拉剪强度的影响.研究结果表明:搅拌头顺时针旋转时,搭接界面在左螺纹搅拌针作用下向上迁移,而在右螺纹搅拌针作用下向下迁移且界面迁移高度较小.FSW搭接接头的拉剪强度随界面迁移高度的增加而减小.采用右螺纹搅拌针得到的搭接界面成形主要受下板材料性能影响,搭接时下板材料强度越高,其搭接界面向下迁移距离越大,而搭接界面变形宽度越小.     

搅拌摩擦焊焊缝缺陷的超声波动态波形分析

以铝合金搅拌摩擦焊焊缝的包铝陷入缺陷、隧道孔缺陷和未焊透缺陷为研究对象,通过超声波检测中的前后扫查和左右扫查获取缺陷的超声波回波动态波形,分别描述了三种缺陷的动态波形特点,并分析了各缺陷动态波形形成的原因.结果表明:三种缺陷的左右扫查的动态波形相似;隧道孔缺陷的前后扫查动态波形具有自身特征,而包铝陷入缺陷和未焊透缺陷的前后扫查动态波形具有光滑平面反射体的前后扫查的动态波形特征.     

厚板铜/铝搅拌摩擦焊接头的组织分析

用搅拌摩擦焊方法焊接板厚为10 mm的铜/铝对接接头,观察了接头的横截面形貌、显微组织,测试了接头的拉伸性能、显微硬度和电阻率。结果表明,在合适的工艺参数下采用双面焊工艺可能获得无缺陷的对接接头。金相分析结果表明,接头的铜/铝界面上形成了"钩子"形貌且铜和铝在该处形成的一种迭状交互结构,产生了一种灰色物质,焊核区中分布着铜颗粒。在接近铜铝界面区域内显微硬度值急剧升高,可能是产生了金属间化合物。接头拉伸式样的断裂都发生在铝侧热影响区,接头的拉伸强度是铝母材的125%。电阻率试验结果表明铜/铝接头的电阻率是纯铝母材的电阻率的92.6%,能够满足电力行业的要求。