铝-镁合金的超声振动强化搅拌摩擦焊试验研究*

研究铝镁异种合金的连接可拓宽轻量化结构的应用领域,具有重要的学术意义和工程实用价值。进行常规搅拌摩擦焊(Friction stir welding, FSW)和超声振动辅助搅拌摩擦焊(Ultrasonic vibration enhanced friction stir welding, UVeFSW)的对比试验,并对结果进行分析。试验结果表明超声的施加可以拓宽工艺参数窗口,改善焊缝表面的成形,减少缺陷,优化界面结构,细化均化晶粒,提高接头的力学性能。进行载荷测试后发现,超声的加入可以降低焊接所需载荷,这有利于降低设备体积。而温度场的测试则说明,超声波对于焊件有预热作用。     

7075-T6铝合金搅拌摩擦焊组织及性能分析

选用旋转速度400～500 rpm、焊接速度100～140 mm/min的工艺参数对厚度16 mm的7075-T6铝合金板进行搅拌摩擦焊接,分析并讨论焊接接头的显微组织及力学性能.结果表明,7075-T6搅拌摩擦焊焊接接头由焊核区、轴肩影响区、热机影响区和热影响区组成.焊核区及轴肩影响区为细小的再结晶等轴晶组织;热机影...     

基于ANSYS的超声搅拌摩擦焊系统设计与仿真

针对搅拌摩擦焊技术在厚板焊接时焊缝深层易出现组织疏松等焊接缺陷的问题,提出将超声振动能量导入到搅拌摩擦焊缝区,设计了超声搅拌摩擦焊接装置。利用ANSYS软件的多物理场耦合功能,将结构场与电场进行耦合,建立了整个超声搅拌摩擦焊系统的有限元计算模型并进行了模态分析和谐响应分析。计算结果表明,其共振频率为19.494kHz,与后来实际测量的共振频率19.56kHz接近。在施加1000V的正弦电压时,其振动输出端的最大振动位移发生在频率为20kHz左右,振幅约为72μm,满足设计要求。     

搅拌摩擦焊工具的研究现状

搅拌焊工具技术是搅拌摩擦焊工艺最重要的因素。搅拌焊工具主要由肩部和焊针组成，焊接薄板时，旋转的肩部和工件之间摩擦产生的热量是主要热源，而随着板厚的增加，更多的热量必须靠旋转的焊针和工件摩擦产生。焊接工具的主要作用是保证连接区材料产生足够的塑性变形，并控制焊针周围塑性体的流动，形成优质的焊接接头。     

6063-T6铝合金搅拌摩擦焊组织与力学性能研究

采用搅拌摩擦焊(Friction stir welding, FSW)对10mm的6063-T6铝合金分别进行单、双面焊接,并探究焊接速度对接头微观组织及力学性能变化的影响。结果表明,单双面焊接接头"S"线形貌基本保持一致且集中在前进侧轴肩影响区,单面焊有更明显的洋葱环形貌。焊核区中部区域等轴晶晶粒尺寸小于上部轴肩影响区,且单面焊焊核区晶粒尺寸大于双面焊。搅拌摩擦焊旋转速度为1 500r/min,焊接速度由300mm/min增至1 400mm/min时,接头力学性能先升高后降低,且双面焊接头力学性能始终优于单面焊。接头抗拉强度峰值为187MPa,断裂位置多位于后退侧热影响区,与接头最低硬度位置保持一致,主要断裂模式为韧性断裂。     

搅拌摩擦焊的研究进展与应用

搅拌摩擦焊是利用一种特殊形式的搅拌头边旋转边前进,通过搅拌头与工件的摩擦产生热量,摩擦热使该部位金属处于热塑性状态,并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动,从而使待焊件压焊为一个整体。本文简要地介绍了搅拌摩擦焊的原理及其优缺点,重点介绍了搅拌摩擦焊在无损检测、有限元分析、极限条件、界面复合物、疲劳等方面的最新研究进展以及搅拌摩擦焊在航空航天领域、造船业、陆路交通工业中的应用现状,并展望了搅拌摩擦焊的研究前景。     

AZ31镁合金搅拌摩擦焊研究

成功实现了2.5 mm厚薄板镁合金AZ31的搅拌摩擦焊接。试验结果表明,接头外观优美,表面光滑,没有裂纹,背部搅拌熔合充分。微观组织、拉伸、弯曲和显微硬度试验显示镁合金的搅拌摩擦焊可以得到良好力学性能的接头(接头抗拉强度达母材强度的90％左右);显微组织特征显示接头有明显分区,焊缝中心生成等轴、微细的晶粒。     

搅拌摩擦焊多平面搅拌头对材料流动行为的影响

与传统熔化焊相比,搅拌摩擦焊(Frictionstirwelding, FSW)因温度梯度较小,可以减少焊接裂纹和残余变形,是一种极具前途的铝合金固相焊接方法。相同焊接工艺参数下,搅拌头是影响焊接热输入和材料流动的主要因素之一,决定焊缝的组织与性能。基于固体力学有限元法和A7N01铝合金材料本构方程,建立基于Deform软件搅拌摩擦焊刚黏塑性仿真模型,并通过焊接试验的测温曲线和试验缺陷完成了模型验证,对比分析了圆台、三平面、四平面搅拌头平面对搅拌摩擦焊稳态焊接阶段的温度场、峰值温度曲线和材料流动行为的影响。结果表明,多平面搅拌头的焊接热输入高于圆台搅拌头,在材料塑性流动范围、流动均匀性和有效焊缝等指标方面优于圆台搅拌头。搅拌头的平面特征在材料流动过程中能够起到明显的挤压作用,从而细化焊缝区的晶粒,提高焊接接头的力学性能。基于仿真和试验结果分析,揭示了焊接犁沟缺陷的成因,并提出了预防措施。     

铝合金搅拌摩擦焊技术研究

论述了搅拌摩擦焊的焊接方法、工艺过程和基本原理；通过大量的工艺参数优化，解决了焊缝中的孔洞问题，使ＬＦ６板材搅拌摩擦焊的焊缝达到与母材等强，ＬＹ１２焊后未经热处理，连接强度接近母材的８０（。由金相分析可以看出，搅拌摩擦焊属于固相连接，焊缝晶粒细小，无气孔、夹杂、裂纹等焊接缺陷。初步应力测试发现，搅拌摩擦焊焊缝比熔焊焊缝的残余应力低。试验研究结果表明，搅拌摩擦焊焊接过程稳定可靠，焊接接头性能良好，具有广泛的应用前景。     

T2纯铜快速冷却搅拌摩擦焊缝微观组织和力学性能研究

由于焊后余热带来的退火软化效应,T2纯铜常规搅拌摩擦焊（Friction stir welding,FSW）焊缝通常会出现位错密度降低和晶粒长大的现象,其屈服强度普遍较低。为消除焊后退火效应并改善力学性能,采用液态CO₂同步快速冷却FSW工艺对2 mm的T2纯铜进行焊接。利用光学显微镜、电子背散射衍射、透射电子显微镜、显微硬度测试以及拉伸试验对焊缝的微观组织、力学性能和加工硬化行为进行研究。结果表明,纯铜FSW焊缝的晶粒细化机制主要为不连续动态再结晶、连续动态再结晶和孪晶诱导几何动态再结晶。快速冷却FSW纯铜焊缝呈现具有纳米孪晶和高位错密度的细晶结构,在加工硬化第Ⅲ阶段表现出较大的加工硬化率。在第Ⅳ阶段,纳米孪晶为位错增殖提供储存空间,使加工硬化率降低并改善塑性。和常规FSW相比,快速冷却FSW焊缝的屈服强度和断后伸长率分别提高了31.1%和25.7%。本文提出的液态CO₂同步快速冷却FSW工艺通过改善焊接热循环可在焊缝中制备异质细晶结构,有助于提高焊缝的屈服强度并使其表现出良好的强塑性匹配。     

钢搅拌摩擦焊接及加工研究进展

自搅拌摩擦焊发明至今,国内外开展了大量的有关搅拌摩擦焊(Friction stir welding, FSW)技术的研究与开发工作,并且已在轻合金结构制造领域得到大量实际应用。此外,基于搅拌摩擦焊原理发展而来的另一项技术--搅拌摩擦加工也得到广泛关注,并且在金属材料组织改性及复合材料制备方面显示了独特的优势。然而,由于受到高温搅拌头材料的限制,对钢铁材料搅拌摩擦焊接及加工的研究相比铝合金要少了很多。本研究对钢铁材料搅拌摩擦焊接及加工的研究进展进行简要概述,总结同质钢铁材料搅拌摩擦焊接、异质钢铁材料搅拌摩擦焊接、钢铁材料搅拌摩擦加工以及高温焊接工具材料等几方面的研究成果,指出其中存在的重要科学及技术问题,并对钢铁材料搅拌摩擦焊接以及搅拌摩擦加工的发展趋势及值得关注的问题进行展望。     

镁锂合金搅拌摩擦焊及电子束焊研究

对一种新型α+β双相镁锂合金的搅拌摩擦焊及电子束焊进行了实验研究,为该合金在精密制造领域的应用提供参考。利用金相显微镜、扫描电镜和显微硬度测试探明接头显微组织和力学性能的演变规律和特点。结果表明,在合理的工艺参数下,镁锂合金搅拌摩擦焊接头焊核区α+β双相都得到了明显的细化,演变为等轴晶,且α相体积分数相对减少。在焊接速度为15 mm/s,聚焦电流为500 ~ 540 mA,焊接电流为8~10 mA时,5 mm厚镁锂合金电子束焊焊缝完全焊透,焊缝区域由细小的等轴晶组织组成,α相分布更加弥散,呈网状分布在β晶界上。两种工艺下焊缝区显微硬度(HV)较母材均提升了13左右。综上,采用搅拌摩擦焊及电子束焊均可实现外观成型、组织以及性能优良的镁锂合金连接。     

搅拌摩擦焊接过程数值仿真的完全热力耦合模型

提出了搅拌摩擦焊接过程的完全热力耦合模型,以模拟AL6061-T6铝合金焊接构件在焊接过程中的温度场和材料变形情况,试验结果证明了该模型的有效性。计算结果显示,在焊接过程中,材料的最高温度低于熔点。在工件底面搅拌头后方存在一个低塑性应变区域,这是由搅拌摩擦焊接材料的特有流动形式所决定的。在工件上表面塑性应变的分布与试验中观测到焊接构件表面的环状纹理相似。     

搅拌摩擦焊接技术研究进展

介绍了搅拌摩擦焊接技术的焊接工艺、焊接机理、焊接数值模拟及难点,提出应从复合搅拌摩擦焊接技术工艺和搅拌头的再设计等途径解决搅拌摩擦焊接高熔点合金与黑色金属的技术问题。     

一种铝合金薄板搅拌摩擦焊焊缝的超声快速检测方法

搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)薄板检测历来是一个难点,现在应用于薄板焊缝检测的方法多采用横波入射法及超声相控阵扇形扫查等,但这些方法都难以实现长直焊缝的快速检测与缺陷成像。采用超声相控阵C扫描直接从焊缝表面对焊缝内部缺陷进行C扫描,研究该技术对不同厚度薄板隧道型及未熔合缺陷的探测能力,开发一套用于快速相控阵检测的机械装置,并分析FSW焊缝表面对C扫描成像的影响。试验结果证明,采用超声相控阵技术对5 mm以上厚度板中0.3mm以上的侧孔及0.5 mm的平底孔具有良好的检测效果。     

搅拌摩擦焊接头摩擦磨损性能研究

在MM-200型摩擦磨损试验机上分别试验了LF2铝合金搅拌摩擦焊接接头焊缝区和母材的摩擦磨损性能。通过测定失重量和摩擦力矩的波动情况,得出了在不同的工艺参数条件下试样的抗磨损性和摩擦因数的变化规律。实验结果表明：搅拌摩擦焊接头的摩擦磨损性能明显优于母材,当正压力从50N增加到106N时,母材的失重量增加近6倍,母材的失重量在同等垂直载荷的情况下是焊缝的10-20倍。实验还表明搅拌摩擦焊接接头的摩擦力矩较小并且波动平缓。搅拌摩擦焊接头区域的磨损机制从磨粒磨损方式转变为疲劳磨损方式。     

搅拌摩擦焊用测力八角环的模态分析

基于有限元分析理论,利用ANSYS10.0有限元分析软件中的Block Lanczos模块对自行设计的搅拌摩擦焊用测力八角环进行了模态分析.提取了前12阶振动频率和相应振型,分析了各阶振型的特点.总结了测力八角环在结构设计以及运行时应注意的问题,也为后续的动力学分析提供了理论依据.     

搅拌摩擦焊工艺在轨道车辆上的应用

搅拌摩擦焊接(FSW)技术从发明至今得到了迅速发展,株机公司率先将这项技术引入国内交通车辆铝合金轨道车辆制造领域。本文分析了搅拌摩擦焊在轨道车辆上应用的可行性和基本工艺方法,重点介绍了6XXX系列中空挤压型材FSW接头与MIG焊接头的金相结构和力学性能对比分析。     

一种用于搅拌摩擦焊厚板焊接的新型搅拌头

针对厚板在搅拌摩擦焊接时下层金属焊接温度偏低、金属流动不畅、容易产生组织疏松或空洞，而上层金属因温度过高、流体压力过大而产生溢出和飞边等典型厚板焊接问题，从优化搅拌头结构的角度出发，设计出一种新型厚板焊接强力搅拌头。在焊接20mm高强度铝合金的实验中有效地消除飞边和空洞缺陷，获得了成功的应用。