镁合金高转速搅拌摩擦焊工艺研究

目的 研究镁合金高转速搅拌摩擦焊工艺及其对组织与性能的影响规律。方法 采用光学显微镜观察以及拉伸性能测试等方法,探索了1.5 mm厚AZ31B镁合金高转速搅拌摩擦焊接工艺,对其接头组织与力学性能进行了测试分析。结果 采用6000 r/min转速时,随着焊速从600 mm/min降低至100 mm/min,焊接接头隧道型孔洞缺陷消失;采用600 mm/min焊速时,2000~4000 r/min转速范围内可获得无缺陷的接头。拉伸测试结果表明,6000 r/min-100 mm/min焊接工艺下接头的拉伸性能最优,抗拉强度为235.33 MPa,为母材强度的87.92%。结论 镁合金采用高转速搅拌摩擦工艺可获得无缺陷的焊接接头,且采用高转速匹配低焊速的工艺可使接头的拉伸性能得到提升。     

U75V轨道钢线性摩擦焊工艺研究

目的 提高及改善目前轨道连接与修复的质量。方法 采用线性摩擦焊（LFW）的方法,对高碳轨道钢（U71Mn）在不同参数下进行了焊接试验,并对其微观组织和力学性能进行了表征。结果 焊接参数对接头质量起着决定性的作用。根据焊后接头的微观组织差异,可将其分为4个部分：焊缝中心区（WCZ）、热力影响区（TMAZ）、热影响区（HAZ）和母材（BM）。BM为珠光体和上贝氏体的混合组织,TMAZ由珠光体和少量马氏体组成。在WCZ中,由于受到的热力耦合作用的增强和更高的冷却速率,该区域马氏体含量进一步增加。在拉伸试验中,所有试样均在WCZ处发生断裂,接头的最大抗拉强度达到BM强度的86.6%。此外,WCZ中存在大量马氏体,在增加焊缝显微硬度的同时也降低了焊缝的冲击韧性。结论 采用LFW的方法可以得到焊接质量优良的轨道钢接头。     

基于爬壁机器人的EH36船用高强钢立焊工艺研究

目的 研究在爬壁机器人平台上进行EH36船用高强钢立焊的可行性及工艺参数。方法 通过在实验室搭建焊接实验平台来模拟EH36船用高强钢的实际焊接场景;在轮式爬壁机器人WRobot-50平台上进行船用EH36高强钢的立焊实验;对不同参数下的试样进行宏观形貌、微观组织及相关力学性能分析。结果 在电流为160 A、电压为24.5 V、焊接速度为0.6 m/min下,可以得到外观成形及微观组织都没有缺陷的立焊焊缝,其中焊缝的硬度较母材提高了约30%,屈服强度较母材约提高了4.3%,抗拉强度较母材约提高了9.0%。结论 爬壁机器人完全适用于船用EH36高强钢的立焊工艺,并且可以应用到船舶、石化等大型钢结构件的焊接工作中。     

6061 铝基碳化硅复合材料搅拌摩擦焊工艺研究

目的研究搅拌道次对6061铝基碳化硅复合材料的影响。方法对6061铝基碳化硅复合材料进行了搅拌摩擦焊实验。结果获得了型面良好,表面光滑的焊接截面,焊核区组织为细小的等轴晶,热机影响区为弯曲变形的晶粒,热影响区组织发生了明显的粗化。结论搅拌次数越多,Si C颗粒分布越均匀,热机影响区与热影响区附近硬度最低,热影响区硬度较低,焊核区硬度比母材稍高。     

薄板铝铜搭接搅拌摩擦焊工艺

目的研究铝铜异种材料的搅拌摩擦焊搭接工艺,揭示搭接接头界面行为演变的基本规律。方法对1mm的6061铝合金与1 mm的紫铜薄板进行搅拌摩擦焊搭接焊接,测试焊缝的力学性能,对焊缝组织进行分析。结果焊缝表面成形良好,焊缝内部无缺陷。接头的最高拉伸强度达到1447 N,观察拉伸接头断口形貌,发现断裂均发生在上层铝合金的热影响区。结论接头连接界面区域生成钩状"自锁紧"结构,这种钩状"自锁紧"结构增加了铝铜之间的有效接触面积,有利于提高焊缝连接强度。     

Q960E超高强钢焊接接头组织和性能研究

目的 对Q960E超高强钢的焊接工艺进行研究以获得高强高韧的焊接接头。方法 选择超高强钢Q960E作为母材、FK1000ER120S–G焊丝作为填充材料进行MAG焊,采用改变焊接电流的方式来研究焊接热输入对焊接接头组织和性能的影响。结果 当焊接电流为155～230 A时,均获得了全焊透无明显缺陷的焊缝。随着焊接热输入的增大,焊接接头中各亚区宽度增大,其中焊缝区变化最为显著,在最小热输入条件下焊缝宽度为3.98 mm,在最大热输入条件下焊缝宽度增至5.53 mm。对焊接接头进行组织分析发现,焊缝组织主要为针状铁素体和板条马氏体;完全相变区组织主要为板条马氏体;未完全相变区组织主要为回火马氏体和部分重结晶形成的马氏体。硬度测试表明,在热影响区的回火区发生了软化现象,最低硬度仅为290HV;在完全相变区发生了硬化现象,硬度最大值可达500HV。在不同热输入条件下,焊接接头各亚区硬度变化趋势一致,焊接接头抗拉强度为995～1 076 MPa,拉伸试验均断裂在热影响区,断后伸长率为9.33%～10.21%,断裂时存在颈缩现象,为韧性断裂。随着热输入的增加,粗晶区马氏体板条束宽度增大,未完全相变区...     

60Si2Mn钢摩擦焊后热处理工艺的改进

对60Si2Mn钢摩擦焊焊接接头热处理后的组织和性能进行了研究,通过显微镜(OM)观察焊缝的界面层显微组织形貌特征,分析了热处理工艺对焊接接头性能的影响.结果表明:该钢摩擦焊焊接接头为珠光体+铁素体+马氏体组织,组织不均匀.经正火预处理后,焊接接头为细小粒状珠光体,再进行淬火加回火处理,组织均匀,为回火索氏体,焊缝下屈...     

铝 / 钢异种金属搅拌摩擦焊及其研究进展

铝/钢异种金属连接结构在国防领域和国民生产、生活中更加广泛应用的前提,是获得良好的接头综合性能,但铝/钢焊接时易出现裂纹、金属间化合物等,严重影响了焊接接头质量。摩擦焊作为一种低温高效的固相连接方法,在新材料连接、高性能装备制造等领域受到了高度重视。其中,搅拌摩擦焊由于其可焊接头形式丰富而被重点关注。从搅拌摩擦焊的接头形式、工艺参数、力学性能及界面组织4个方面,分别介绍了铝/钢搅拌摩擦焊的研究进展,为其深入研究提供依据。     

汽车轮辋用钢搅拌摩擦焊接头组织及力学性能

目的 为搅拌摩擦焊在轮辋钢的应用提供理论数据。方法 选用厚度为4.5 mm的江铃汽车V362轮辋钢板B380CL,采用不同的焊接参数,获得搅拌摩擦焊接头,对焊缝宏观成形及微观组织进行分析,研究焊接参数对组织的影响;通过进行拉伸试验和硬度测试,分析焊接参数对焊接接头性能的影响;对接头焊缝进行X-Ray无损探伤。结果 当搅拌头旋转速度为950 r/min,焊接速度分别为37.5, 47.5, 60 mm/min时,均能形成焊接接头。焊接速度为47.5 mm/min时,焊缝宏观成形较好,微观组织无缺陷,微观组织为铁素体和珠光体,抗拉强度最高,超过母材;焊接接头各区域微观组织硬度较母材高,伸长率较焊接速度为37.5 mm/min时的接头高。结论 搅拌摩擦焊实现轮辋钢的对接,该研究中旋转速度950 r/min,焊接速度47.5 mm/min为最佳工艺参数,接头抗拉强度超过母材。     

铝/钢搅拌摩擦辅助铆接接头界面特性研究

目的探究搅拌摩擦辅助铆接铝/钢接头界面的结合特征,解决传统铆接力学性能较低的问题。方法采用搅拌摩擦焊技术实现了对3mm厚不锈钢板和4mm厚的铝合金板的搭接点焊,采用OM及SEM对铝/钢接头界面结合情况进行分析,并利用EDS对界面处元素分布进行分析。结果搅拌头转速1180 r/min、焊接时间120 s、下压量0.2 mm时,铝/钢接头界面结合较好,平均拉剪力达到6519 N,且在铝/钢界面处产生FeAl金属间化合物。受摩擦热作用的影响,位于下板的铝母材晶粒发生长大变粗,铝铆钉与铝板结合紧密,铝铆钉与铝板的结合情况受搅拌头压力的影响更为显著。结论搅拌摩擦辅助铆接铝/钢异种合金,实现了铆钉与铝板和钢板的有效冶金结合,在铝钢结合界面处存在原子的互扩散现象,且有相应的金属间化合物生成。     

CLAM 钢搅拌摩擦焊温度场有限元分析

通过Ansys Apdil参数化语言建立三维温度场模型,采用移动热源分步加载的方法,对CLAM钢在搅拌摩擦焊接过程中的温度场进行模拟分析,结果表明,CLAM钢可以进行固态连接;搅拌摩擦过程中热能主要来自轴肩摩擦生热;焊接头四周的高温区域一直呈现出椭圆形,温度呈阶梯状分布。在板厚方向上,从上表面到下表面温度依次降低,呈等腰梯形分布。     

20#钢连续驱动摩擦焊大变形及传热行为的有限元模拟研究

目的研究20~#钢连续驱动摩擦焊接过程工艺参数对焊接过程温度场和变形行为的变化规律。方法基于ABAQUS有限元软件二次开发环境,建立了20~#钢连续驱动摩擦焊接过程中的完全热-结构耦合模型。通过对比模拟和实验获得的焊接温度场、轴向缩短量和飞边形貌,对模型进行了验证。研究了工艺参数对摩擦焊接过程温度场与大变形行为和接头组织与性能的影响规律。结果在不稳定摩擦阶段,峰值温度出现在外表面附近。在稳定摩擦阶段,峰值温度稳定在距焊缝中心约2/3半径位置。接头温度的升高速度随着摩擦压力和转速的增大而增大,摩擦压力和转速对稳定阶段温度场的影响很有限;经过顶锻阶段之后摩擦面温度分布更加均匀,顶锻力越大在接头相同的位置温度越低,顶锻力越大轴向缩短量越大。结论所建立的完全热-结构耦合模型可以模拟20~#钢连续驱动摩擦焊接过程的塑性变形过程,在不稳定摩擦阶段,摩擦压力和转速对温度场和变形的影响较大。在稳定摩擦阶段,摩擦压力和转速对温度场的影响不显著。顶锻阶段轴向缩短量随着摩擦压力、转速和顶锻压力的增大而增加。     

铝/钢异种材料搅拌摩擦焊研究进展

由于铝、钢的物理化学性质存在巨大差异,铝/钢的连接是焊接领域的难点问题。搅拌摩擦焊是低热输入的固态连接方法,能够有效控制铝/钢金属间化合物的生长,且搅拌针强烈的搅拌作用可增加铝/钢异种材料机械咬合程度,得到高质量的铝/钢焊接接头,铝/钢搅拌摩擦焊已经成为了焊接领域的热点问题。文中综述了铝/钢搅拌摩擦焊国内外研究现状,涉及到接头形式、焊缝成形、焊接工艺和力学性能,着重介绍了铝/钢搅拌摩擦焊接头的连接机制,并围绕铝/钢搅拌摩擦焊存在的两大问题,对铝/钢搅拌摩擦焊新技术进行总结,并进一步提出了铝/钢搅拌摩擦焊的基础研究方向。     

Hybrid Friction Stir Welding of High-carbon Steel

A high-carbon steel joint,SK5(0.84 wt% C),was successfully welded by friction stir welding(FSW),both without and with a gas torch,in order to control the cooling rate during welding.After welding,the weld zone comprised gray and black regions,corresponding to microstructural variation:a martensite structure and a duplex structure of ferrite and cementite,respectively.The volume fraction of the martensite structure and the Vickers hardness in the welds were decreased with the using of the gas torch,which was related with the lower cooling rate.     

电塑性摩擦焊接热力过程研究

探讨了强电场环境下LY12铝合金摩擦焊接的热力过程，并采用多元纡性回归法计算了LY12铝合金初始摩擦系数。结果表明，强电场的引入降低了摩擦焊接妆始峰值扭矩和平衡扭矩，且电场强度越大。摩擦焊接初始峰值扭矩和平衡扭矩值越低。焊接接头的轴向缩短量越大，而电场环境下摩擦焊接界面的最高温度则与无电场作用时基本相同；此外，LY12铝合金的初始摩擦系数随摩擦界面温度升高而增大，随摩擦压力的增大而降低。有电场作用时的数值较无电场时略低。     

搅拌摩擦焊接过程控制研究综述

从搅拌摩擦焊接过程参数测控角度出发,综述了焊接区域温度、轴向力等主要过程参数的检测方法、各参数的影响因素分析;重点回顾了搅拌摩擦焊接过程参数的控制研究,主要内容为焊接区域温度的控制、轴向力控制、扭矩控制、压入深度控制、焊缝自动跟踪,当前主要采用PID控制器;由于过程模型的建立较为困难,自适应控制是较为理想的方法,控制律和稳定设计是关键环节。进一步加强焊接机理研究,建立更为完善的过程控制模型,才能进一步实现搅拌摩擦焊接过程的高度自动化、智能化。