搅拌头形状对塑料搅拌摩擦焊接头质量的影响

采用圆柱形、螺柱形、正圆锥形、倒圆锥形等形状的搅拌头对厚10mm聚氯乙烯板进行了搅拌摩擦焊试验.结果发现,当搅拌头转速ω=1 660 r/min,焊接速度v=25 mm/min时,采用正圆锥形的搅拌头可得到焊合良好、成形饱满的焊缝;采用圆柱形的搅拌头,也能得到焊合良好、表面光滑、成形美观的焊缝;采用倒圆锥形和螺柱形搅拌头焊接的接头焊合不良,质量较差.焊接时的测温结果表明,硬PVC塑料最佳的搅拌摩擦焊温度范围应为180～190℃,高于200℃会出现烧焦现象,低于170℃则会焊合不良或不能焊合.     

搅拌摩擦焊工艺参数对2024-T351铝合金搭接焊接头成形质量和力学性能的影响

研究搅拌摩擦焊时R/v比对2024-T351铝合金焊接质量的影响。搅拌摩擦焊时搅拌针的旋转速度设定为750、950和1180 r/min,焊接速度在73~190 mm/min内变化,对应的R/v比在5.00~10.27内。采用各种无损（外观检测、X射线检测）和有损（金相观察、拉伸实验和硬度测量）检测手段对焊接试样进行分析。在所有的试样中,搅拌摩擦焊中各种典型的区域都有存在,不同的区域其晶粒尺寸不同。接头的拉伸性能为基材的52.2%~82.3%。在R/v比为8.06,10.17和10.27时焊接质量最佳。其原因是在最佳搅拌速度下,材料围绕搅拌针充分流动,从而能够填充其中产生的空隙,阻止空洞的生成。结果还表明,R/v 比对接头的硬度分布、洋葱样形状、裂纹的萌生和扩展都有影响。     

Influence of tool pin profile on the interface migration of friction stir lap joints

Friction stir lap joints of LY12 aluminum alloy plates with a thickness of 3 mm were fabricated using several tools with different pin profiles.The effects of tool pin profile on the interface migratio...     

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.     

搅拌针锥度和螺纹头数对厚板铝合金FSW焊缝金属迁移的影响

研究了20 mm厚2024-T4铝合金板材在搅拌摩擦焊过程中,搅拌针锥度与搅拌针表面螺纹头数对焊缝塑性金属在搅拌针周围迁移程度的影响.结果表明,随搅拌针螺纹头数增加,搅拌头旋转1圈时搅拌针螺纹所转移的高温金属量增加,焊核中塑性金属在前进边和返回边的轴向上迁移程度增加,宏观表现为焊核高度、宽度和面积增大;搅拌针锥度由25°减少至15°时,焊缝塑化金属量增加,焊核塑性金属在焊缝横截面上横向和轴向的迁移程度都增大,焊核面积增大.采用多头螺纹和较小锥度的搅拌针,可以改善厚板焊接时温度梯度大、焊缝金属流动不充分的问题,保证焊缝冶金质量.     

搅拌针偏置对SR-FSW焊缝界面残留缺陷及接头力学性能的影响

系统研究了搅拌针偏置对双轴肩搅拌摩擦焊接头内部质量及接头性能的影响. 接头组织形貌结果表明,接头焊核区由存在层状结构的3个区域和不带任何趋势性分布的1个楔状区域组成. 当搅拌针偏置使接头原始装配界面置于接头后退侧塑性金属流动不充分的楔状区域时,将会产生一种特有的界面残留缺陷. 接头力学性能结果表明,随着搅拌针偏置从−6 mm变至−3 mm时,接头拉伸性能逐渐升高,均断裂于界面残留缺陷处;当搅拌针偏置处于{−2 mm,+ 5 mm}范围内时,接头性能达到最优,接头抗拉强度达到340 ~ 350 MPa,接头均断裂于后退侧热力影响区. 而当偏置进入 + 6 mm时,接头性能开始下降.     

搅拌工具尺寸和工艺参数对塑料搅拌摩擦焊焊缝质量的影响

用不同尺寸的搅拌工具对聚氯乙烯(PVC)板材进行了搅拌摩擦对接焊工艺试验.试验证明,在搅拌工具肩部直径为30 mm,搅拌头直径为10 mm,搅拌头旋转速度为1 660 r/min,焊接速度为25 mm/min的情况下,可以得到焊缝饱满、成形美观的焊接接头.提高搅拌头的旋转速度可以成比例地提高焊接温度;焊接速度的影响较复杂,增大焊接速度一方面会降低焊接热输入,一方面又会间接地增大搅拌头的进给阻力,从而增大摩擦发热功率,提高焊接温度;搅拌工具肩部直径直接影响肩部与被焊材料表面的摩擦发热功率,增大肩部直径可以提高焊接温度,还有利于阻止焊缝材料的飞溅和外溢;而搅拌头直径的影响较复杂,增大它既可以提高搅拌头侧面与被焊材料之间的相对运动线速度,从而提高焊接温度,又会增加被焊材料的吸热功率和传热面积,从而降低焊接温度.     

GIL壳体5754铝合金FSW与GTAW接头组织和性能

针对GIL壳体材料5754铝合金,制备FSW和GTAW接头,并研究焊接接头的显微组织、拉伸性能、弯曲性能和冲击性能。结果表明,两种焊接方法下焊缝组织均为α-Al基体弥散分布着细小的β相(Al8Mg5),采用GTAW方法时,热影响区晶粒明显粗化;两种焊接接头的强度和弯曲性能均可以满足壳体的强度设计要求。由于FSW过程的搅拌作用,焊缝金属发生高温动态回复再结晶,因此FSW接头的抗拉强度和冲击性能更为优异。     

根部螺纹搅拌针对搭接接头钩状缺陷和性能的影响

选用3 mm厚的7075–T6铝合金为研究对象,研究了根部带有螺纹的搅拌针对搅拌摩擦焊搭接接头钩状缺陷及拉剪载荷的影响. 结果表明,搅拌针上的螺纹可明显改变焊接过程中的材料流动;塑性材料在搭接面上部集中,挤压搭接界面,焊后搭接接头的钩状缺陷向下弯曲;搭接面处焊核区的宽度较搅拌针的直径明显增大. 因搅拌针端部无螺纹,焊接速度较大时接头底部会由于材料无法及时填充而产生孔洞缺陷. 随着搅拌头焊接速度的升高,搭接接头的拉剪载荷先上升后下降,最高载荷在焊接速度为40 mm/min时取得,为23.333 kN.     

6061铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接扭矩特征

为了揭示6061铝合金BTFSW过程中焊接扭矩的特征,对扭矩进行了检测,分析了扭矩信号的频谱特征、扭矩峰值的变化特点、扭矩振荡与焊缝表面成形的关系.研究表明扭矩具有周期性,主要频率接近于2倍主轴旋转频率值,频差的存在说明了焊接区域存在搅拌头与不同速率的金属流之间挤压摩擦的叠加行为;当接触点温度小于500℃时,扭矩峰值随着焊接速度的提高而变大,随着旋转速度的提高而变小;正常较小的扭矩振荡不影响表面成形,但当接触点温度大于550℃、上下轴肩间距过小或焊接速度过小或旋转速度过大等时,扭矩易发生异常振荡.对进一步揭示深入研究BTFSW焊接机理、搅拌头三维受力特征及其与焊接参数、焊接质量的关系有着重要的推动意义.     

搅拌头及工艺参数对厚板7050铝合金搅拌摩擦焊成形的影响

探索了搅拌头及工艺参数对7050铝合金搅拌摩擦焊接焊缝成形的影响.试验结果表明:搅拌头设计不合理及工艺参数选取不当都将导致焊缝成形不良.轴肩尺寸过大是导致焊缝出现隧道型孔洞的主要原因.工艺规范过强时,焊缝易产生飞边和隧道型孔洞等缺陷.在本试验条件下,采用Ⅲ号搅拌头、旋转速度300 r/min和焊接速度95 mm/min...     

铝合金搭接搅拌摩擦焊接头拉伸变形的数值模拟

通过对2A12铝合金搭接搅拌摩擦焊接头的强度试验,研究了搭接搅拌摩擦焊接头的断裂行为,应用有限元方法对2A12铝合金板材搭接搅拌摩擦焊接头的拉伸力学响应进行了模拟计算,获得了搭接搅拌摩擦焊接头在外载作用下的局部应力应变分布与变形规律.结果表明,在搭接接头的搭接面上存在两个类裂纹的未焊接区域,塑性变形首先在搭接界面裂纹尖端区域发生,上板受拉侧裂纹尖端周围区域的塑性变形最大,是导致搭接搅拌摩擦焊接头上板的前进侧热影响区断裂的主要原因.     

搅拌针形状影响搅拌摩擦焊过程金属塑性流动规律的数值模拟

考虑材料参数随温度的变化关系以及搅拌工具的实际结构,利用Fluent流体力学软件建立了搅拌摩擦焊的有限体积模型,对搅拌针的形状影响材料塑性流动行为的规律进行了研究.结果表明,材料的流动速度随着到焊件表面以及到搅拌针旋转轴的距离增加而减小;当减小搅拌针的锥角以及减小搅拌针的螺纹槽宽度时,焊件内部材料的流动速度得到提高.当搅拌工具在焊接过程中顺时针旋转时,对于左螺旋搅拌针,搅拌针附近的材料向下流动,而热力影响区材料的流动方向向上,此规律与右螺旋搅拌针时相反.     

Influence of tool pin design on properties of dissimilar copper to aluminum friction stir welding

Dissimilar friction stir welding (FSW) of copper and aluminum was investigated by nine different tool designs, while the rest of the process parameters were kept constant. Mechanical and metallurgical tests such as macrostructure, microstructure, tensile test, hardness, scanning electron microscope and electron X-ray spectrographs were performed to assess the properties of dissimilar joints. The results exhibited that, the maximum joint strength was achieved by the tool of cylindrical pin profile having 8 mm pin diameter. Besides, the fragmental defects increased as the number of polygonal edges decreased, hence the polygonal pin profiles were unsuitable for dissimilar FSW butt joints. Furthermore, the tensile strength increased as the number of polygonal edges increased. Stir zone of polygonal pin profiles was hard and brittle relative to cylindrical tool pin profiles for same shoulder surface. Maximum hardness of HV 283 was obtained at weld made by the polygonal square pin profile. The hard and brittle intermetallic compounds (IMCs) were prominently presented in the stir zone. Phases of IMCs such as CuAl, CuAl₂, Cu₃Al and Cu₉Al₄ were presented in the stir zone of dissimilar Cu–Al joints.     

FSW接头残余应力分布及控制技术

对不同搅拌头、不同工艺参数条件下的搅拌摩擦焊焊接结构宏观变形进行了测量和分析,在优化参数条件下,研究了动态控制低应力无变形焊接技术搅拌摩擦焊焊接结构宏观变形及残余应力的影响。研究表明,减小搅拌头轴肩直径、降低焊接热输入有助于减小结构宏观变形;动态控制低应力无变形焊接技术有助于减小接头残余应力,但是对结构宏观变形的作用不是很明显。     

半螺纹搅拌针对2024铝合金搅拌摩擦搭接焊力学性能影响

作为影响搅拌摩擦焊（FSW）过程中塑性材料上下流动的重要因素,搅拌针螺纹形貌同样对搅拌摩擦搭接焊（FSLW）的材料流动和力学性能有着重要影响.为研究半螺纹搅拌针对FSLW接头显微组织和力学性能的影响,文中将全螺纹搅拌针和半螺纹搅拌针用于包铝2024铝合金FSLW试验,并对不同搅拌针作用下的FSLW接头的横截面形貌、剪切拉伸载荷、断裂位置等方面进行分析对比.结果表明,半螺纹搅拌针会使钩状缺陷向下弯曲,从而使FSLW接头具有较大的有效板材厚度以及搭接宽度.断裂模式同为剪切断裂,但半螺纹搅拌针作用下的FSLW接头拥有更大的拉断载荷.     

Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金板材搅拌摩擦焊和氩弧焊焊接接头的对比

研究Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金的焊接工艺和焊接接头组织和性能。采用搅拌摩擦焊（FSW）和氩弧焊（TIG）2种焊接工艺对该合金的热轧和冷轧-退火2种使用态板材进行焊接。采用比较研究的方法测定和研究焊接接头的力学性能和显微组织,利用光学显微镜和透射电子显微镜研究焊缝的显微组织和力学性能之间的关系。结果表明,与基材相比,Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金的热轧和冷轧-退火板材的FSW和TIG焊接接头的强度均下降,但FSW焊接系数高于TIG焊接系数。这是因为FSW焊接接头焊核区亚结构强化的丧失和Al3（Sc,Zr）的析出强化作用的极少量丧失,而TIG焊焊接接头的软化主要原因是其形变强化的完全丧失和Al3（Sc,Zr）的析出强化作用的大部分丧失,且搅拌摩擦焊焊核区晶粒比TIG焊的焊缝区晶粒更细小。     

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.     

搅拌摩擦焊接过程中搅拌针锥角和预热对温度分布的影响

搅拌摩擦焊(FSW)被广泛应用在工业上,用来连接有色金属,尤其是铝合金。采用基于有限元分析的三维模型研究FSW过程中铜C11000的热特性。模型包含了搅拌头的机械作用和待焊接材料的热性能,以材料和搅拌针以及轴肩之间的摩擦作为热源。结果表明,温度的预测结果与实验结果具有良好的一致性。此外,数值模拟方法可以简单地应用于测量搅拌头下方工件的温度。研究了预热温度和搅拌针锥角对温度分布的影响。搅拌针锥角的增加可提高焊缝周围的温度,但预热不会影响焊缝周围的温度分布。     

7050铝合金搅拌摩擦焊接头超高周疲劳性能

采用超高周疲劳试验系统研究7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头的超高周疲劳性能. 试验结果表明,焊接接头在10⁷周次以上仍然会发生疲劳失效,S-N曲线在10⁸周次左右出现转折点,呈折线型下降;通过SEM对超高周疲劳断口形貌进行观察发现,当应力范围较高时,试件的疲劳裂纹往往在表面萌生,随着应力范围的降低,裂纹有亚表面和内部萌生的倾向;裂纹萌生位置取决于表面起裂和内部起裂相互竞争的结果;试件的断裂位置多为焊接接头的热力影响区和热影响区,EBSD和接头硬度的分析结果表明断裂位置与接头组织不均匀密切相关.