铝合金搅拌摩擦焊接头隧道型缺陷研究

焊接热输入不足导致铝合金搅拌摩擦焊接头中常出现隧道型缺陷，本文通过产热分析发现：选择与被焊材料摩擦系数斗较大的材料作为搅拌头制造材料；在圆柱体搅拌头的指头上制造螺纹提高焊接产热；提高旋转速度或者降低焊接速度来提高焊接线能量；减小搅拌指头半径r1是改善和消除隧道型缺陷的4种有效途径。     

铝合金搅拌摩擦焊超声检测研究进展EI北大核心CSCD

铝合金搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)焊接参数选择不当将会产生隧道孔、未焊透(lack of penetration, LOP)和吻接等取向复杂、细微紧贴的缺陷。首先,本文简述了FSW焊缝与典型缺陷特征,总结了超声检测时面临纵向分辨力低、缺陷表征不完整、材料与缺陷声阻抗接近和灵敏度不足等难点。随后,从常规超声、超声衍射时差法(time-of-flight diffraction, TOFD)、相控阵超声检测技术和其他超声检测技术等方面综述了现有的铝合金FSW超声检测研究工作。最后,结合超声信号处理方法和机器学习方法对研究前景进行展望:可以通过分析和提取信号特征,进一步提升超声检测分辨力和信噪比,并实现取向复杂缺陷和细微紧贴缺陷的精准辨识与定量。     

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。     

厚板铝合金搅拌摩擦焊接头的冲击性能

采用搅拌摩擦焊对厚度为30 mm的2A12铝合金板材进行对焊连接,分析了接头不同厚度处的微观组织与冲击性能。结果表明:随着热输入量的减少,接头上层的晶粒相比于下层出现了粗化现象,导致接头上层区域的冲击韧性低于下层。焊核区晶粒最为细小,热机影响区次之,热影响区晶粒最为粗大;焊核区的冲击韧性高于热影响区,热机影响区由于存在微型裂纹,所以冲击韧性最低。焊核区上层的晶粒尺寸小于热机影响区下层的晶粒尺寸,但焊核区上层的冲击韧性低于热机影响区下层的冲击韧性,这是由于焊核区所含的Al₂CuMg脆性第二相的数量较多。焊接接头冲击韧性的变化不仅与焊缝不同区域的微观组织变化有关,还与该区域的第二相数量有关。     

超声冲击对铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能的影响

目的分析超声冲击对铝合金搅拌摩擦焊成形后接头的组织及耐蚀性的作用效果。方法采用超声冲击设备对2A12铝合金搅拌摩擦焊接头表面进行超声冲击处理,并对超声冲击前后接头的显微组织、显微硬度以及耐腐蚀性能进行了分析。结果经过超声冲击处理后的铝合金接头上表面会产生一层塑性变形层,并且塑性层内位错密度增大,使表层金属得到一定程度的加工硬化,促使冲击后接头各区域的表面硬度明显提高,冲击后接头热机械影响区和热影响区硬度提高达60%以上;腐蚀浸泡试验发现,超声冲击后接头的点腐蚀程度较超声冲击前明显减缓,腐蚀速率约是冲击前的1/2。结论超声冲击有效改善了铝合金搅拌摩擦焊接头区域材料过时效的软化现象,并且有效改善了接头的抗腐蚀性能。     

2024铝合金搅拌摩擦焊接头塑性变形行为研究

为了研究搅拌摩擦焊卷焊管坯的力学性能及接头塑性变形行为,以5 mm厚的2024退火态铝合金搅拌摩擦焊板坯为对象,采用网格法测试接头塑性变形分布,用EBSD测量接头各区域晶粒尺寸及位相,并结合SEM观察接头第二相的分布,研究了接头力学性能、应变分布与微观组织之间的关系.研究表明:搅拌摩擦接头强度与母材等强,延伸率下降44%;接头前进侧距离焊缝中心8～17 mm的母材较早出现了应变的集中,局部应变可达23%,而焊核区和接头返回侧母材发生的变形较小,平均应变分别为3%和11%,各区域应变的不均匀主要是由于接头各区晶粒尺寸及位相的差异造成的,导致接头整体延伸率的下降.     

铝合金搅拌摩擦对接焊接头组织与性能研究

研究了5083铝合金搅拌摩擦焊(FSW)焊接接头组织与性能,采用金相显微镜观察焊接接头各区域的微观组织,并对接头显微硬度和力学性能进行了测定。结果表明,5083铝合金搅拌摩擦焊焊核组织为动态再结晶生成的细小组织,强化相均匀分布;热机影响区由于动态再结晶和焊接热循环的双重作用,组织变化较大,晶粒有一定程度的长大,强化相有所细化;热影响区仅仅受到热循环作用,使得晶粒粗化和强化相出现聚集现象。搅拌摩擦焊接接头中心硬度与母材基本相当,热机影响区和热影响区由于焊接热输入的原因,使得硬度有所降低。搅拌摩擦焊室温拉伸性能和冲击性能不低于母材的,其中拉伸试样均断裂于母材,焊核室温冲击值达到母材的1.5倍以上,热影响区冲击值与母材的相当。     

7050高强铝合金搅拌摩擦焊典型宏观缺陷试验研究

目的 研究7050铝合金搅拌摩擦焊接头中隧道缺陷及未焊透缺陷的行程规律及其对接头性能的影响。方法 采用预制间隙、改变搅拌针长度等方法获得了搅拌摩擦焊隧道缺陷及未焊透缺陷,通过金相分析、力学性能测试对缺陷及接头性能进行了分析。结果 相比隧道缺陷,根部未焊透缺陷对接头性能的影响更大,压入量对隧道、未焊透缺陷有重要影响,板厚5 mm,搅拌针长度小于4.8 mm时,未焊透缺陷对接头性能将产生显著影响。结论 应严格控制搅拌针长度及压入量,避免根部未焊透缺陷对接头性能的影响。     

铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能分析

目的 研究7020铝合金搅拌摩擦焊(FSW)的结构和机械性能。方法 采用搅拌摩擦焊对铝板进行对接焊试验,具体形式为单面焊双面成型。采用拉伸机和显微维氏硬度仪对试样进行力学性能测试;利用蔡司金相、光谱仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪研究母材和焊接接头的微观组织。结果 在硬度上,母材>热影响区>焊核区,热影响区平均硬度约为94HV,母材平均硬度为99HV,焊核区平均硬度最低为78HV,焊核区出现“S”缺陷,在一定程度上弱化了焊核区性能;7020铝合金搅拌摩擦焊接头的抗拉强度为235 MPa,屈服强度为158 MPa,屈强比为0.67,伸长率为7%,焊接系数可以达到73.8%;母材的抗拉强度为325 MPa,屈服强度为278 MPa,屈强比为0.86,伸长率为25%;焊接接头中心显微组织主要由胞状树枝晶体组成,显微结晶依次呈现为平面晶、胞状晶、树枝状晶、等轴晶;铝合金母材和焊接接头的金属相组成均为α?Al+Mg2Si;焊接接头断口呈现比较明显的韧性断裂特征。结论 铝合金搅拌摩擦焊可以获得性能比较优良的焊接接头,为其他铝合金材料的FSW焊接提供技术参考。     

铝合金回填式搅拌摩擦点焊缺陷的超声检测及信号识别

目的 利用水浸聚焦超声C扫描对2524铝合金回填式搅拌摩擦点焊（RFSSW）接头进行检测并完成缺陷识别。方法 以A扫描时域信号为对象,绘制能量谱与金相作对照,确定焊合区;分析未焊合、聚集型孔洞及弥散型孔洞的时域和频域波形特征,并对频域信号进行小波分析,提取特征量。结果 缺陷区反射回波的归一化能量不低于0.02;不同形式的缺陷（聚集型孔洞、弥散型孔洞、弱连接）其频谱形状特征不同,具有不同的峰值个数。结论 通过金相验证,表明超声波C扫描对接头缺陷可进行有效的检测和区分。     

Phased Array Ultrasonic Testing for Post-Weld and OnLine Detection of Friction Stir Welding Defects

Nondestructive evaluation (NDE) techniques of phased array ultrasonic testing (PAUT) and digital X-ray radiography were employed on friction stir (FS)-welded Aluminum Alloy (AA)-2219-T87 specimens. PAUT intricacies required for scanning of FS-welded specimens with a 10-MHz 32-element transducer are discussed. The time corrected gain (TCG) calibration is required for scanning with an increase in index offset to compensate for decrease in A-Scan signal peak amplitude. Calibration techniques to find small defects with appropriate size tolerances are also established. The NDE technique of digital X-ray radiography is compared to PAUT, where it was found that a calibrated PAUT system is able to discover defects less than 0.2 mm where X-ray radiography could not. Incomplete penetration (IP), wormhole (WH), surface cavity (SC), and internal void (IV) defects are analyzed. Furthermore, an online PAUT system for FSW has been developed and successfully tested. The work provided herein will provide a gateway for an ultimate goal of an automated PAUT online sensing system.     

T型接头搅拌摩擦焊接的研究进展

T型接头是满足轻量化需求的关键结构之一,但传统熔化焊在T型构件焊接方面并无优势。作为一种固相焊接技术,搅拌摩擦焊采用特殊的焊接夹具,对中、薄板T型构件实行单面焊三面成型技术,显著降低焊接热输入、减少焊接变形,因此T型接头搅拌摩擦焊可能是一种极具发展前景的工艺方法。从搅拌摩擦焊接T型接头(FSW-T)的焊接工艺、焊接缺陷、显微硬度、力学性能与数值模拟方面概述了国内外研究现状,揭示了FSW-T焊接领域尚需解决的关键科学问题,对该领域未来的研究方向提出了展望。     

铝合金厚板搅拌摩擦焊焊缝金属流动行为研究进展

搅拌摩擦焊接过程中,焊缝成形与金属流动行为密切相关,而金属流动又取决于焊接工艺参数、搅拌头形貌、材料本身性能及温度场分布等影响因素。与铝合金薄板搅拌摩擦焊不同,厚板焊接时焊缝上部、下部温差太大,导致焊缝材料流动形态发生较大变化。基于焊缝成形理论,从焊缝金属流动分析方法、影响因素出发,分析厚板搅拌摩擦焊焊缝金属流动形态及特征,探讨焊缝中疏松、未焊透、包铝伸入、弱连接等缺陷的形成原因,揭示厚板搅拌摩擦焊焊缝成形机理。研究结果为铝合金厚板搅拌摩擦焊焊接技术在航空、航天等高科技领域的广泛应用提供科学依据和理论基础。     

A356Al/TiB2颗粒增强铝基复合材料的搅拌摩擦焊

采用纯机械化的固相连接技术--搅拌摩擦焊成功地焊接了应用原位反应合成法制造的铸态A356Al/6.5%TiB2(体积分数)颗粒增强铝基复合材料,与铝合金相比,铝基复合材料搅拌摩擦焊的焊缝质量对焊接参数更为敏感.该连接方法在较低温度下实现铝基复合材料的焊接,避免了基体铝合金与增强相之间的化学反应,同时在搅拌头机械搅拌、挤压和摩擦热的共同作用下,焊缝区基体材料的晶粒和增强相被破碎并形成再结晶晶核,细化了组织结构,增强相分布也更加弥散.焊缝区的硬度值波动范围很小,抗拉强度比母材增加约20%.研究表明,搅拌摩擦焊用于连接颗粒增强铝基复合材料具有明显的优势.     

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。     

6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接接头的微区腐蚀行为

国内外有关铝合金的搅拌摩擦焊接(FSW)接头腐蚀性能的研究主要涉及接头的宏观腐蚀行为,对焊缝微区腐蚀行为的报道很少。通过电化学测试、静态失重试验、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等试验手段研究6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头不同区域的耐腐蚀性能,发现搅拌摩擦焊接试样在焊缝中间区域的耐腐蚀性能最好,其次依次是搅拌针后方和搅拌针前方,母材的耐腐蚀性能最差。6082-T6铝合金母材、搅拌针前方和搅拌针后方发生腐蚀的类型主要为晶间腐蚀和剥落腐蚀,随着时间增加,晶间腐蚀和剥落腐蚀程度加剧,焊缝中间区域基本不发生腐蚀。母材和搅拌针前方晶内沉淀相为针状沉淀相,在晶界附近存在沉淀无析出相;晶界析出相富含Mg和Si元素,晶界析出相和沉淀无析出带之间以及晶内基体与沉淀无析出带之间存在腐蚀原电池,导致腐蚀较严重;搅拌针后方和焊核区由于受到轴肩和搅拌针作用,焊后位错减少,组织细化,降低形成局部腐蚀原电池倾向,导致耐腐蚀性能较好。通过对腐蚀后FSW接头铝合金的微观组织形貌观察,结合试验所得到的微观组织,确定了影响接头腐蚀行为的原因和相应的腐蚀机理,为拓展6082-T6铝合金的运用范围提供理论依据。     

铝锂合金搅拌摩擦焊研究进展

铝锂合金作为一种低密度、高性能的新型结构材料,被认为是航空航天领域中实现飞行器轻量化的理想结构材料之一。而搅拌摩擦焊作为一种固相焊接技术,能够克服铝锂合金熔化焊时易产生的裂纹、气孔等缺陷,在铝锂合金焊接领域具有重要的应用前景。从搅拌摩擦焊焊接工艺、接头组织与性能等方面综述了铝锂合金搅拌摩擦焊近几年的研究进展,总结了其存在的主要问题,并对铝锂合金搅拌摩擦焊技术未来的发展进行了展望。