搅拌头形状对异质搅拌摩擦焊铜铝接头性能的影响（英文）

其余的工艺参数保持不变的条件下研究了9种不同形状搅拌头对异质搅拌摩擦焊铜铝接头性能的影响。采用宏观组织、显微组织、拉伸试验、硬度、扫描电子显微镜和电子X射线光谱仪等力学和冶金方法评估异质接头的性能。结果表明,采用直径为8 mm的圆柱形搅拌头得到的接头强度最大。此外,当多边形搅拌头的边数减少时,碎屑缺陷增加,因此,多边形接头不适合异质搅拌摩擦焊对接接头。而且,当多边形搅拌接头边数增加时,抗拉强度也随之增大。对同一焊肩表面,相对于圆柱形的搅拌头,多边形搅拌头的搅拌区较硬脆。采用多边形搅拌头得到的焊缝的最大硬度为HV 283。在搅拌区明显存在硬脆金属间化合物。在异质铜铝接头搅拌区存在金属间化合物,如Cu Al、Cu Al_2、Cu_3Al和Cu_9Al_4。     

搅拌头偏移对Ti/Al异种金属搅拌摩擦焊接头成形及拉伸强度的影响

采用搅拌摩擦焊(FSW)完成了3 mm厚TC4钛合金和2A14-T14铝合金的连接,研究了搅拌头偏移对接头的成形及拉伸性能的影响。结果表明在搅拌头向铝合金侧的偏移对接头的最大抗拉强度有显著的影响。接头最大抗拉强度随搅拌头的偏移量的增加逐渐升高。在偏移量为2.0 mm、搅拌头转速从400 r/min增加到700 r/min时,接头的最大抗拉强度逐渐降低。在偏移量为2.5 mm、接头的最大抗拉强度随转速的增加逐渐升高。当在搅拌头转速为700 r/min, 焊接速度为60 mm/min时,所得接头强度最高,约347 MPa,为铝合金母材的83 %。接头的断裂位置和拉伸强度均取决于微观组织和金属间化合物。对于强度最高的接头,由于TiAl相的生成,接头于铝合金侧热影响区发生断裂。     

搅拌头偏移对Ti/Al异种金属搅拌摩擦焊接头成形及拉伸强度的影响（英文）

采用搅拌摩擦焊(FSW)完成了3 mm厚TC4钛合金和2A14-T14铝合金的连接,研究了搅拌头偏移对接头的成形及拉伸性能的影响。结果表明在搅拌头向铝合金侧的偏移对接头的最大抗拉强度有显著的影响。接头最大抗拉强度随搅拌头的偏移量的增加逐渐升高。在偏移量为2.0 mm、搅拌头转速从400 r/min增加到700 r/min时,接头的最大抗拉强度逐渐降低。在偏移量为2.5 mm、接头的最大抗拉强度随转速的增加逐渐升高。当在搅拌头转速为700 r/min,焊接速度为60 mm/min时,所得接头强度最高,约347 MPa,为铝合金母材的83%。接头的断裂位置和拉伸强度均取决于微观组织和金属间化合物。对于强度最高的接头,由于TiA l相的生成,接头于铝合金侧热影响区发生断裂。     

铝-铜异种金属搅拌摩擦焊接头组织及力学性能（英文）

对3 mm厚的1060工业纯铝和退火纯铜异种金属搅拌摩擦焊进行研究。在搅拌头旋转速度为1050 r/min、焊接速度为30 mm/min时,获得性能良好的铝/铜接头。交替片层结构主要分布于焊核区顶部与铜/焊核区交界附近,促进了铝、铜两种材料的界面扩散及铝和铜之间的冶金键合。然而,界面腐蚀形貌揭示界面内部的弱连接机制,导致拉伸试验中裂纹沿界面区域萌生和扩展,断裂方式为韧-脆混合型断裂。接头的抗拉强度为148 MPa,高于工业纯铝母材的抗拉强度。搅拌摩擦焊强烈塑性变形引起的晶体缺陷和晶粒细化加速原子间的短程扩散,从而促进金属间化合物Al4Cu9和Al2Cu的生成。XRD结果显示,金属间化合物Al4Cu9主要位于铜/焊核区过渡区域。焊核区较高的位错密度和位错环的形成是导致该区域硬度明显升高的主要原因。     

5083/6005A异种铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能

采用不同的工艺参数对5083-OT与6005A-T6铝合金进行搅拌摩擦焊焊接。通过金相分析、XRD分析、拉伸性能等方法，研究焊接速度、轴肩直径及搅拌头偏移量等参数对5083/6005A异种铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响。结果表明：5083/6005A异种铝合金搅拌摩擦焊界面无明显脆性金属间化合物生成；焊核区组织发生动态再结晶，形成细小的等轴晶组织；前进侧热机影响区受到的机械搅拌作用力大于后退侧，晶粒变形大于后退侧热机影响区；热影响区组织仅受到热循环的作用，晶粒有粗化现象；随着偏移量的增加，使得焊核区和后退侧热机影响区硬度值降低，最低值出现在6005A侧热影响区，其抗拉强度、屈服强度、延伸率均逐渐减小，当焊接速度为600 mm/min、轴肩直径为12 mm、偏移量为0 mm时接头性能最好：抗拉强度为245 MPa，屈服强度为165 MPa，延伸率为5.67%。     

6061-T6铝合金与镀锌钢轻载搅拌摩擦焊搭接工艺研究

基于4种不同针长的搅拌头,采用超高转速搅拌摩擦焊工艺实现了6061-T6铝合金和镀锌钢板的搭接连接。结果表明:采用无针搅拌头时轴向力最大,仅为1.1 kN,远低于常规转速搅拌摩擦焊时产生的轴向力,随着针长的增加,需要的轴向力越来越低。当使用无针搅拌头时,在小下压量参数下得到了成形性能较好的焊接接头,而使用针长为0.3 mm的搅拌头时,得到了力学性能最佳的焊接接头,最大抗拉强度达到94.1 MPa,断裂位置为6061-T6母材前进侧,界面处生成了厚度均匀的金属间化合物,厚度达到5.2μm,金属间化合物的主要成分为Fe4Al13。该金属间化合物在接头连接中发挥主要作用。     

焊接速度对5754铝合金FSW接头微观组织和力学性能的影响

对3 mm厚的5754铝合金板材进行搅拌摩擦焊接，研究了搅拌头在转速800 r/min条件下，不同焊接速度(100 ~ 400 mm/min)对搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响. 结果表明，5754铝合金FSW接头横截面形貌呈“盆”形. 随着焊接速度增加，5754铝合金FSW接头的焊核区和轴肩区的面积逐渐减小，而搅拌针区面积先增加后减小. 当焊接速度为300 mm/min时，搅拌针区面积达到最大值6.66 mm2，轴肩区和搅拌针区面积比例为0.97，5754铝合金FSW接头的强度系数达到97.5%，这主要是因为轴肩区和搅拌针区面积相近，增大了焊核区和热影响区界面面积，从而提高了FSW接头强度，拉伸断裂在焊核区以外(热影响区或基材区)，断口为韧性断口. 当焊接速度为400 mm/min时，5754铝合金FSW接头的强度系数为58.8%，拉伸试样均断裂在焊核区，断口为脆性断口.     

激光功率对钢/铝激光辅助搅拌摩擦焊接头的影响

在保证其他焊接参数不变的条件下,设置6种不同的激光功率分别对Q235钢板和6061-T6铝板进行了激光辅助搅拌摩擦对接焊,接着对焊完的6组试件分别做了拉伸实验,研究了激光功率对Q235钢/6061-T6铝合金焊接接头性能的影响。发现当激光功率为900 W时抗拉强度达到最高,当激光功率为600 W时抗拉强度为最低。利用扫描电镜以及EDS分别对激光功率为900 W和激光功率为600 W的试件做了微观组织观察和成分分析,讨论了金属间脆性化合物层的厚度和类别对接头抗拉强度的影响。最后对试件的金相组织进行了观察。结果表明:激光功率、金属间脆性化合物层的厚度以及种类对钢铝激光辅助搅拌摩擦焊的接头性能有显著的影响。在激光功率大小合适的情况下,会形成厚度较薄并且铁元素含量较高的铁铝金属间脆性化合物层,并且保证接头良好的焊接性能。     

焊接速度对铝/钢激光搭接焊接头质量的影响

采用机器人激光焊接技术对车用6016铝合金与DC06低碳钢进行了钢上铝下搭接焊工艺试验,研究了焊接速度对接头成形与力学性能的影响,利用光学显微镜(OM)和万能拉伸试验机等试验设备对铝/钢搭接焊接头进行了显微组织与力学性能测试。结果表明,在激光功率为800 W,离焦量为+2 mm的条件下,均获得了良好的表面成形。焊接速度为0.07 m/s时,熔池内部生成大量塑韧性良好的珠光体组织,界面金属间化合物(IMC)数量少,应力集中系数最小,接头的平均抗拉剪力达到最大,为81.3 N。降低焊接速度,铝侧熔池金属间化合物数量显著增加;增大焊接速度,铝侧熔深与熔宽逐渐减小,界面金属间化合物数量减少。     

焊接参数对5A06铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

采用搅拌摩擦焊工艺对10 mm厚的5A06铝合金板进行焊接,研究了搅拌头转速(150～400 r/min)、焊接速度(50～200 mm/min)对接头显微组织、拉伸性能和硬度的影响。结果表明:在试验参数范围内焊接均可获得无宏观缺陷且成形良好的搅拌摩擦焊接头;接头焊核区晶粒细小、组织均匀,热机影响区晶粒相比焊核区的粗大,当搅拌头转速为400 r/min、焊接速度为50 mm/min时,接头焊核区和热机影响区的组织明显粗大;当焊接热输入特征值,即焊接速度与搅拌头转速的比值在0.3～0.5 mm/r时,焊接接头的拉伸性能与母材相当,其抗拉强度最高可达381 MPa,断后伸长率可达25.4%;接头焊核区硬度最高,热影响区硬度最低,当搅拌头转速为250 r/min、焊接速度为100 mm/min时,焊核区硬度较高。     

铝钢异种材料搅拌摩擦搭接焊接工艺

以3 mm厚的5A02与1 mm厚的DP600搅拌摩擦搭接接头为研究对象,研究搭接次序与微观组织、金属间化合物、力学性能以及断裂形式的关系。结果表明,在摩擦热循环作用下,焊缝金属先达到塑性状态,随后塑性金属发生再结晶形成四个不同的区域;XRD物相分析表明,焊缝处有Al Fe和Al13Fe4金属间化合物生成;接头的显微硬度分布近似成M型;接头的拉伸强度达到了铝母材拉伸强度的38.3%,拉伸断裂位置都发生在铝钢搭接界面处,钢在上侧断裂方式主要为脆性断裂,而铝在上侧时的断裂方式以韧性断裂为主。     

Cu-Al的搅拌摩擦焊工艺和性能研究

对铜合金和铝合金电器散热器管进行搅拌摩擦焊接,研究了焊接工艺及接头的力学性能。结果表明,搅拌摩擦焊时,应将铝合金作为前进侧,铜合金作为返回侧。焊接接头界面处生成Al2Cu和Al4Cu9金属间化合物。从Al侧到Cu侧,显微硬度呈高→低→高→峰值→低→高的趋势,硬度最大值出现在金属间化合物层。随焊接速率增加,Cu-Al焊接接头抗拉强度呈增加趋势,伸长率呈先增加后减小的趋势。     

转速对6061铝合金/纯铜异种金属搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

采用搅拌摩擦焊技术对4 mm厚6061-T6铝合金和纯铜进行连接,研究转速对铝铜异种金属接头组织与力学性能的影响。结果表明,当焊接速度为30 mm/min、搅拌头转速在1 200~1 800 r/min的范围内,可以获得表面成形良好、无缺陷的铝铜异种金属接头。大量破碎的铜被搅入焊核区,形成了组织结构复杂的区域。通过EDS和XRD分析,在焊核区内发现了Al_2Cu、Al_4Cu_9和Al Cu金属间化合物。在界面处,铝和铜发生相互扩散形成金属间化合物层,随着转速的提高,化合物层逐渐变厚。由于晶粒细化、固溶强化作用以及金属间化合物的生成,异种接头的焊核区平均显微硬度值高于铝铜两侧平均硬度,并且在焊核区出现硬度峰值点。随着转速的增加,接头抗拉强度呈现先增大后减小的趋势,所得最优接头抗拉强度为183 MPa,达到铜母材的71.8%,断裂位置位于铝侧热影响区,断裂方式为韧性断裂。     

水下搅拌摩擦焊改善中厚度铝/镁成形和性能的研究

以厚度6 mm的铝/镁异种材料的搅拌摩擦焊为研究对象,分别在空气以及26.5℃和5℃的水下环境下进行焊接,对比研究不同环境下的接头的微观组织、接头性能,并对粘头机理进行探究。结果表明,水下搅拌摩擦焊能够有效降低焊接过程温度,抑制脆性Al-Mg金属间化合物的长大,缓解搅拌头粘头现象,能有效改善焊缝成形和接头力学性能。5℃冷却水环境下得到的铝/镁搅拌摩擦焊接头的拉伸性能和延伸率最高,达到129.3 MPa和4.4%,分别是常规空冷接头的1.8和3.9倍。同时揭示了搅拌头粘着材料主要由Mg2Al3和Al固溶体组成,说明搅拌头粘头现象与Al-Mg金属间化合物的生成直接相关。     

5052/T2搅拌摩擦焊接头的组织及性能

对8 mm厚的5052/T2异种合金进行了搅拌摩擦焊,观察了接头的金相组织,测试了接头的显微硬度、抗拉强度及导电率。结果表明:5052/T2 FSW接头界面铝-铜呈迭层交替分布,部分铜镶入界面形成了"钩子"形貌。焊核区组织呈现"洋葱环"特征,出现金属塑性流线,产生了灰白色Cu-Al金属间化合物。铜侧热机影响区在搅拌针的机械和摩擦热循环的双重作用下出现条弧状组织。铝侧热影响区仅受摩擦热循环的作用,组织较粗大。焊核区硬度值有较大的波动。靠近铜侧的硬度值出现突高,可能是产生的铜-铝金属间化合物所致。接头平均抗拉强度为183 MPa,为5052母材抗拉强度的80.6%,断在铝侧热影响区。5052/T2接头焊核区域的导电率达到了5052母材的92.2%。     

异种材料及复合热源搅拌摩擦焊

在对接和搭接方式中,异种材料搅拌摩擦焊相较于同种材料分别具有一些额外的焊接参数,并且对搅拌头材料也有更苛刻的使用要求。总结近年来异种材料搅拌摩擦焊的研究现状,介绍异种材料搅拌摩擦焊过程中脆性金属间化合物的生成及其对焊接接头的力学性能产生的影响。从金属流动机理和数值模拟方面,研究金属间化合物的生成和成长规律,给出针对金属间化合物可能的解决方法。针对高熔点焊材,介绍复合热源搅拌摩擦焊技术、常用的辅助热源以及复合热源搅拌摩擦焊在异种材料搅拌摩擦焊方面的优点和研究的不足之处。     

加载速率对SnAgCu钎焊接头抗剪强度的影响

研究了加载速率对SnAgCu(SAC)无铅钎料钎焊接头抗剪强度和断裂模式的影响,试验钎料的Ag元素含量为1%～3%(质量分数),微拉剪接头的加载速率为0.01～10mm/s.结果表明,当加载速率小于1mm/s时,抗剪强度随加载速率的增大而增大,断裂模式为发生在接头钎料内部的延性断裂.当加载速率增大到10mm/s时,其抗剪强度反而减小,断裂模式为发生在界面金属间化合物层的脆性断裂.另外,在加载速率较低时,抗剪强度随Ag元素含量的增加而增加;但在较高加载速率下,Ag元素含量为2%的钎料接头抗剪强度最低.     

铝合金与低碳钢的异质搅拌摩擦焊接头组织与性能

采用搅拌摩擦焊方法,并在焊前将Q235低碳钢在150℃预热10 min,成功实现了8 mm厚5083-H112铝合金与Q235低碳钢的搅拌摩擦焊接,并进行了接头显微组织、物相组成、显微硬度分布和力学性能的测试与分析。结果表明,该异质金属接头成形较好,焊缝质量较高,接头抗拉强度达到铝合金母材的81%;接头焊核区由Al相、Fe相和Fe3Al金属间化合物相组成。     

1060铝/AZ31镁合金异种金属搅拌摩擦搭接焊组织与力学性能研究

采用搅拌摩擦搭接焊对1060铝和AZ31镁合金异种金属进行焊接试验,利用三维表面形貌仪、光学显微镜研究了接头组织形貌,采用显微硬度仪、电子万能试验机和扫描电子显微镜研究了接头力学性能和断口形貌。结果表明:焊接参数对焊缝表面形貌影响显著,在1500 r/min,50 mm/min时,焊缝表面形成均匀弧纹。在1000 r/min,70mm/min时焊核区及焊缝界面处晶粒经动态再结晶后细化,随转速/焊速比增加,焊核区金属间化合物含量增加。显微硬度结果表明镁合金侧、铝侧和界面处接头显微硬度有相同的变化趋势,焊核区硬度明显高于铝镁母材区域。断口形貌观察结果表明,1060铝/AZ31镁合金异种金属搅拌摩擦搭接焊断裂模式为脆性断裂,接头拉剪性能在2000 r/min,30mm/min时最差,仅为1750N,这可能与焊缝内金属间化合物的增加有关。     

镁铝异种合金搅拌摩擦焊综述

铝镁合金搅拌摩擦焊中峰值温度超过Al12Mg17和Al3Mg2形成的共晶温度,两种金属间化合物的形成不可避免。通过将镁合金置于前进侧、搅拌针偏向镁合金,采用液氮或水下搅拌摩擦焊,加入中间层过渡金属等方法可降低搅拌摩擦焊过程中的热输入,有效减少焊核区金属间化合物的数量。采用锥形螺纹搅拌针对接、配合直径约为3.5倍板厚的内凹型轴肩可提供适当的热输入,促进材料塑性流动,增加两种材料相互交融的程度,提高接头抗拉强度;超声辅助搅拌摩擦焊技术可破坏脆性界面层进而提高接头强度。