搅拌摩擦焊焊缝塑性金属流动的实验研究

用铝箔作为标示材料,进行了LY12铝合金的搅拌摩擦焊试验.焊后在与焊缝表面平行的截面上,观察了标示材料在焊缝中流动的痕迹.结果表明,左旋螺纹探针搅拌头搅拌摩擦焊过程中,焊缝材料在水平面的流动与焊缝中心是不对称的.在焊缝上部,前进边的标示材料向前迁移,而返回边的标示材料绕过搅拌针向后迁移;在焊缝中下部,搅拌针周围出现塑性环.     

搅拌摩擦焊缝中的洋葱环形成分析

研究了搅拌摩擦焊焊接铜合金、铝合金时接头中出现的洋葱环结构,分析其形成及影响因素。结果表明:洋葱环的实质是搅拌针旋转前进时其带动的软化层与上一软化层塑性金属间相对移动摩擦叠加后产生的一种轨迹;由于搅拌针区域摩擦热输入不足,层间新生成的晶核呈弥散分布,层间与层内晶粒形状不同,从宏观上看,接头纵剖面上形成了结构重叠的半圆环结构,而从横剖面上就形成了独特的“洋葱环”结构;焊缝中心纵剖面上出现环间距大小与搅拌针旋转一周向前移动的距离基本相等。     

流动摩擦焊接过程塑性金属流动行为

搅拌工具端部形貌特征影响焊缝成形,工具端面的渐开线有利于焊接时塑性金属的流动,在焊缝的上部材料受到焊接工具的作用发生层流运动,材料由搅拌工具边缘向中心流动,而中心处聚集的材料挤压周边的材料向阻力小的方向运动,材料在厚度方向混合从而形成一个循环往复运动。同时采用数值模拟和实验手段对其进行了验证。     

铝合金LD10-LF6搅拌摩擦焊的金属塑性流动

通过对LF6／LD10进行搅拌摩擦焊(FSW)的工艺试验研究，分析了工艺参数对金属流动的影响。结果表明，当压入量和倾角大小适宜，采用带有螺纹的搅拌工具(T001)时，能促进金属塑性流动；在一定范围内提高旋转速度或者焊接速度，不但能促进金属塑性流动，并且能使金属以涡形层状间混方式流动。当采用低速度参数，LF6铝合金处于前进侧时，涡形层状问混结构呈现均匀分布；LF6铝合金处于后退侧，则结果相反，但是提高旋转速度，不论LF6铝合金处于哪一侧，金属都能稳定流动。     

影响搅拌摩擦焊金属塑性流动的因素

针对LF6/LD10、12／T2研究了搅拌摩擦焊(FSW)的金属塑性流动。通过工艺试验，分析了影响FSW金属塑性流动的因素。研究结果表明，被焊材料反复动态再结晶是其持续塑跬流动的前提条件。影响金属塑性流动的因素主要有两个——材料的变形温度和变形速率。搅拌工具使材料保持高应变速率，并对材料快速加热，致使层错能很高的铝发生动态再结晶，促使其稳定流动。保持一定的焊接温度有利于金属动态软化，促进塑性流动，实现焊接。     

搅拌摩擦焊焊缝塑性金属流场的数值模拟

依据流体力学理论,建立搅拌摩擦焊的三维流场有限元模型,根据试验参数确定流场的定解条件对搅拌摩擦焊过程进行数值模拟,得到了焊缝塑性金属的三维速度场、流线轨迹.结果表明:焊缝上部金属呈规则的层流,下部金属呈不规则的紊流;塑性金属在厚度方向上发生了循环迁移,搅拌针附近的塑性金属沿搅拌针向上迁移,其外围的金属则向下迁移.     

搅拌针偏心距对焊缝金属塑性流动行为的影响

采用搅拌针偏心距分别为0.1,0.2,0.3,0.4 mm搅拌头对叠层进行焊接试验,分析其对焊缝金属塑性流动行为影响.结果表明,焊缝由轴肩区、紊流区、焊核区及挤压区组成,其中紊流区为焊核区和轴肩区挤压金属形成的结果,前进侧挤压区金属变形尺寸明显大于返回侧.随偏心距增加,焊核区面积、宽度及挤压区标示材料向上迁移高度先增大后减小,前进侧标示材料向上迁移距离大于返回侧.由0.2 mm偏心距搅拌头获得焊核区面积和标示材料向上迁移距离最大.但焊核区宽度最大焊缝由0.3 mm偏心距搅拌头获得.根据焊缝金属塑性流动形态,提出搅拌针波动式挤压物理模型.     

铝合金觉拌摩擦焊焊缝金属流动场研究

对厚度均为12mm的7050、2024铝合金板进行对接搅拌摩擦焊试验,研究了焊缝金属的流动.结果 表明:与旋转速度相比,焊接速度对焊缝中塑化金属的流动影响较小;后退侧焊缝金属在搅拌针的带动下向下迁移,形成了洋葱圆环;塑化金属主要向搅拌针后方迁移,很少一部分向搅拌针前方流动;焊缝表面和内部形成了一一对应的弧形纹理.     

搅拌针表面螺纹头数与轴肩下压量对金属轴向迁移的影响

研究搅拌针表面螺纹头数与轴肩下压量对8 mm厚的LY12铝合金板材在搅拌摩擦焊过程中焊缝塑性金属在搅拌针轴向的迁移量的影响.结果表明:螺纹内的塑性金属因受到螺纹表面挤压力和螺纹表面与金属间摩擦力的共同驱动而在搅拌针轴向产生迁移,单位时间内塑性金属的轴向迁移量取决于引起金属迁移的驱动力大小和单位长度螺纹内携带金属的量.增加搅拌针表面螺纹头数和增大焊缝所受轴向的挤压力均能使焊缝塑性金属的轴向迁移量增加,其宏观表现为呈"洋葱瓣"花纹状的焊核横截面积增大.     

搅拌摩擦焊塑性金属流动基本模型

通过对搅拌摩擦焊接过程进行抽象和假设,建立了搅拌摩擦焊接过程中塑性金属流动的基本模型.文中定义了步长塑性层、步长空腔以及剥离侧和堆积侧等概念.提出了步长塑性层是塑性金属转移流动的基本单元,步长塑性层连续转移流入并填满步长空腔,塑性金属流动的一个周期结束同时下一个周期开始.分析了步长塑性层流动的驱动力以及阻力等因素.结果表明,若步长塑性层不能全部填满步长空腔,焊缝中会出现体积型缺陷的结论.步长塑性层在流入步长空腔的过程中,同时会掉头转向.     

搅拌摩擦焊研究进展及前景展望

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，简称FSW)是针对焊接性差的铝合金开发的一种新型固相焊接工艺，由英国焊接研究所TWI(The Welding Institute)于1991年开发的专利技术。文中对搅拌摩擦焊工艺进行简单介绍并对研究现状做了比较详尽的总结，涉及搅拌摩擦焊机理即塑性流体运动情况及“洋葱”圆环的形成机理、适用母材、接头微观组织、力学性能、焊接工具、复合焊接工艺及搅拌摩擦焊应用领域，并展望FWS的发展前景。     

轴肩形貌对铝合金搅拌摩擦焊焊缝金属流动的影响

采用轴肩凹面内渐近线凹槽个数分别为0,2,4,6的搅拌头,并结合镶嵌标示材料方法进行焊接试验,分析轴肩形貌对焊缝金属流动影响.结果表明,随渐近线凹槽数增加,焊核区尺寸及其两侧标示材料向上迁移最大高度先增大后减小,同一焊缝中前进侧标示材料迁移高度始终大于返回侧.使用渐近线凹槽数为4个的搅拌头焊接时可使焊缝中的疏松缺陷消失,且焊核区面积、宽度及其两侧标示材料向上迁移高度最大.适当增大渐近线凹槽数,可增大金属塑化程度及其向下迁移量,改善焊缝成形质量.     

搅拌针形状对搅拌摩擦焊焊缝截面形貌的影响

采用镶嵌异种材料作为标识材料的方法,用不同搅拌针形状的搅拌头,进行了搅拌摩擦焊试验.结果表明,搅拌针形状影响焊缝塑化金属流动的行为,导致焊缝截面形貌发生变化.搅拌针表面的反螺纹使搅拌针周围塑化金属向下流动,迫使搅拌针端部周边金属向上运动,焊核中心处于焊缝横截面下部;正螺纹使搅拌针周围塑化金属向上流动,迫使轴肩下方及周边金属向下运动,焊核中心处于焊缝横截面上部.改变搅拌针形状及长度,可以改变搅拌针下方及附近区域塑化金属的流动形态,从而改变焊缝底部的成形及包铝层进入焊缝的深度.     

塑料板材搅拌摩擦焊工艺

以6mm和8mm聚氯乙稀板材为研究对象,用搅拌摩擦焊方法进行了工艺可焊性试验。试验证明,一定厚度的塑料板,不开坡口,用搅拌摩擦焊方法可一次焊成。虽然影响接头质量的因素很多,但只要焊接参数选择恰当,就能获得令人满意的焊接接头。     

Effect of ultrasonic vibration on the friction stir weld quality of aluminium alloy

A novel variant of friction stir welding process, referred as ultrasonic vibration enhanced friction stir welding, is developed to transmit ultrasonic vibration energy directly into the localized area of the workpiece near and ahead of the rotating tool. Experiments are conducted on 6061-T4 aluminium alloy plates by this new process and the conventional friction stir welding process, respectively. The morphology and macrograph of the welds under both conditions are observed and contrasted. The experimental results show that ultrasonic vibration enhanced friction stir welding can improve the weld formation quality and increase the welding efficiency. And it just needs a smaller axial downward force. Because that the added action of ultrasonic vibration energy may enhance the localized softening extent and the plastic flow around the tool. In addition, it also improves the mechanical properties of the welded joints.     

搅拌摩擦焊焊缝材料塑性流变研究概述

搅拌摩擦焊焊缝金属塑性流变直接关系到焊缝组织形成，是决定焊缝质量的关键。介绍了目前搅拌摩擦焊焊缝金属的塑性流变研究现状，从试验和计算机模拟两个方面分别加以介绍。     

铝合金搅拌摩擦焊焊核紊流区及性能分析

采用搅拌摩擦焊方法对2219-T6铝合金进行焊接,对焊接接头的宏观形貌、微观组织、抗拉强度进行了分析,并通过对焊核塑性金属的流动状态进行分析,研究了搅拌摩擦焊接头强度弱化的原因. 结果表明,焊核根据流态可分为3个不同的区域,其中靠前进侧存在一个性能薄弱的B区域,该区的产生是抽吸挤压作用不平衡的结果,也是塑性金属向上回流通道. 该区具有较大的塑性损伤,易产生疏松缺陷及界面突变,晶粒具有较大的热不稳定性,是造成接头强度低于母材的主要原因之一. 通过高温短时的再结晶热处理工艺可以恢复该区域的强韧性,消除弱化问题.