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。     

颗粒增强铝基复合材料的焊接性及其搅拌摩擦焊

从化学和物理相容性角度综合分析了颗粒增强铝基复合材料的焊接性,阐述了熔化焊、钎焊、固相连接等对铝基复合材料的适应性。在介绍了搅拌摩擦焊原理的基础上,结合试验结果,着重探讨了搅拌摩擦焊焊接参数对颗粒增强铝基复合材料焊缝成型、焊接接头的组织特征及连接接头的性能的影响,说明搅拌摩擦焊用于焊接颗粒增强铝基复合材料具有明显的优势。     

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.     

铝 / 镁异种金属搅拌摩擦焊研究现状及发展趋势

为进一步优化焊接工艺,提高铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接头的性能,促进铝/镁异种金属结构在航空航天、轨道交通、汽车工业等领域的广泛应用,综述了近5年来国内外铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接的最新研究成果,对焊接工艺参数、接头的力学性能、微观组织以及异种金属搅拌摩擦焊的新工艺进行了总结和分析。国内外大量研究结果表明,通过选择合适的工艺参数、改变搅拌针的偏移,可以获得抗拉强度较高、焊缝成形良好的铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接头,焊缝中存在的金属间化合物是导致焊接接头性能不能满足工程应用的主要因素,但目前对于搅拌摩擦焊接过程中金属间化合物的产生、分布规律缺乏深入研究。     

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。     

铝合金与镀锌钢板回填式搅拌摩擦点焊机制

目的 研究铝合金与镀锌钢板回填式搅拌摩擦点焊界面组织演变机制与焊接工艺参数对力学性能的影响规律。方法 采用连续焊接和改变焊接工艺参数的方法,分析了焊具自摩擦对焊接温度和接头力学性能的影响。采用电镜研究了铝合金与镀锌钢板连接界面的显微组织分布和焊接工艺参数对焊接温度及接头力学性能之间的内在关系。结果 焊具的自摩擦及重复性预热影响焊具温度和接头力学性能,其作用远大于焊接工艺参数的影响。镀锌层阻止了被焊材料的直接接触而避免了大量金属间化合物的形成,镀锌层和铝合金反应生成固溶体组织,从而提高了铝合金与钢的焊接性。此外,液态的锌被挤出搅拌区,形成钎焊的连接机制,增大了接头连接面积和强度。最佳焊接工艺参数为：旋转频率1800 r/min,套筒下压量1.0 mm,停留时间3 s。在此焊接规范下,接头最大接头剪切强度为6.23 kN,且76.2%的焊点力学性能满足工业使用标准。结论 回填式搅拌摩擦点焊是实现铝合金与镀锌钢板高质量连接的可靠方式。     

工艺参数对Al-Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接接头力学性能的影响

目的研究工艺参数对Al-Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接接头力学性能的影响。方法采用搅拌摩擦焊-钎焊方法,在不同焊接工艺参数下焊接2A12-T4铝合金和AZ31镁合金。结果当焊接速度为23.5mm/min、旋转速度为375 r/min时,焊接接头的抗拉剪力达到最大,为5.5 kN,比搅拌摩擦焊接头的最大抗拉剪力的5.0 kN提高了10%。结论搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接的工艺参数会显著影响铝/镁异种金属接头力学性能,通过优化工艺参数能够获得力学性能优异的铝/镁异种金属焊接接头。复合焊接接头的抗拉剪力随着焊接速度的增大呈现先增大后减小的趋势。     

钛合金搅拌摩擦焊研究现状

搅拌摩擦焊是目前钛合金焊接技术研究的热点.从搅拌头材料与结构设计、焊接工艺与组织性能关系、焊接过程数值仿真等方面综述了钛合金搅拌摩擦焊国内外研究现状.以现有的研究结果来看,搅拌摩擦焊是实现钛合金高强可靠连接的有效途径,选择合适的焊接参数和焊后热处理工艺可获得高质量钛合金焊接接头;但由于对钛合金用高温高强高耐磨搅拌头研制不足,以及对焊接过程多物理场表征技术、数值仿真、辅助焊接工艺等研究较少,限制了其研究进展和应用.     

SiCp/Al复合材料焊接综述

为实现SiCp/Al复合材料的高质量可靠焊接,推广SiCp/Al复合材料在各领域的应用,调研了国内外SiCp/Al复合材料不同焊接方法的研究现状。在熔化焊方面,国内外学者通过调整工艺参数、在焊缝中加入Ti元素发生诱发反应等方法,抑制了焊缝中Al4C3针状脆性相的形成,从而提高了焊接接头的力学性能。在搅拌摩擦焊方面,国内外学者针对不同材料设计了专用的焊接搅拌头,以保证它们具备高耐磨性与足够的冲击韧性,在焊接过程中不出现破损情况;关注了焊接过程中焊接头转速、焊接速度、轴向力与热输入等因素,以获得力学性能优秀、晶粒细小均匀的焊接接头。在扩散焊方面,国内外学者探究了中间夹层对焊缝界面间原子相互扩散的促进作用;采取不同工艺参数,以外加超声或电子束表面加热等方式促进了原子间的相互扩散,以获得力学性能优异的焊接接头,提高焊接效率。在钎焊方面,国内外学者通过探究钎料与SiCp/Al复合材料之间的润湿性来组合钎料与钎剂,通过化学腐蚀处理表面暴露颗粒增强相、在复合材料表面电镀金属等方法来增大钎料与增强相的润湿性、解决钎料铺展受阻的问题,以进一步提高钎焊焊接接头质量。     

钛及钛合金搅拌摩擦焊研究进展

搅拌摩擦焊技术已经成功应用于铝合金等低熔点材料的焊接,但针对钛及钛合金等高熔点材料的研究仍在进行之中。从焊具设计、接头显微组织与力学性能和焊接过程仿真等方面综述了钛及钛合金搅拌摩擦焊国内外研究进展,为搅拌摩擦焊技术应用于钛及钛合金提供参考。     

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。     

Joining of metal matrix composites using friction stir welding: a review

The application of fusion welding process is restricted to certain grades of alloys and materials. Solid-state joining process offers greater advantages over fusion welding process such as fumeless and effective joining, minimum or no preparation time, environment friendly, etc. One such solid-state joining process is friction stir welding (FSW), which uses a non-consumable rotating tool. This rotating tool joins the two faying surfaces of the workpiece by forging them. This joining technique successfully joins metals, alloys and metal matrix composite (MMC), which are considered as difficult to join using conventional processes. The present study is an endeavor to review a specific domain of FSW, i.e. joining of MMCs. The initial part of the study provides a detailed introduction about the FSW process, and along with it, an overview of the published literature related to FSW of alloys has been presented. The later part of the study pays specific attention to macrostructure, microstructure, joint properties and residual stresses in welded joints along with wearing of tool during welding of MMC. The observations of this study provide a basis for future research in the specified domain.     

Microstructure and mechanical properties of friction stir welded Al/Mg2Si metal matrix cast composite

In this research, friction stir weldability of 15 wt.% Mg₂Si particulate aluminum matrix cast composite and effects of tool rotation speed and number of welding passes on microstructure and mechanical properties of the joints were investigated. Microstructural observations were carried out by employing optical and scanning electron microscopy of the cross sections perpendicular to the tool traverse direction. Mechanical properties including microhardness and tensile strength were evaluated in detail. The results showed fragmentation of Mg₂Si particles and Mg₂Si needles existing in eutectic structure in stir zone. Also, homogeneous distribution of Mg₂Si particles was observed in the stir zone as a result of stirring with high plastic strains. Tension test results indicated that tensile strength of the joint had an optimum at 1120 rpm tool rotation speed and decreased with increasing of the number of welding passes. Hardness of the joint increased due to modification of solidification microstructure of the base composite. This research indicates that friction stir welding is a good candidate for joining of 15 wt.% Mg₂Si aluminum matrix composite castings.     

Improving friction stir weldability of Al/Mg alloys via ultrasonically diminishing pin adhesion

Formation of intermetallic compounds (IMCs) during friction stir welding (FSW) of aluminum/magnesium (Al/Mg) alloys easily results in the pin adhesion and then deteriorates joint formation. The severe pin adhesion transformed the tapered-and-screwed pin into a tapered pin at a low welding speed of 30 mm/min. The pin adhesion problem was solved with the help of ultrasonic. The weldability of Al/Mg alloys was significantly improved due to the good material flow induced by mechanical vibration and the fragments of the IMCs on the surface of a rotating pin caused by acoustic streaming, respectively. A sound joint with ultrasonic contained long Al/Mg interface joining length and complex mixture of Al/Mg alloys in the stir zone, thereby achieving perfect metallurgical bonding and mechanical interlocking. The ultrasonic could broaden process window and then improve tensile properties. The tensile strength of the Al/Mg joint with ultrasonic reached 115 MPa.     

铝基复合材料搅拌摩擦焊搅拌头设计

文中介绍了铝基复合材料搅拌摩擦焊搅拌头材料选择和结构设计方案。根据铝基复合材料复杂的微观和宏观结构,选定钢结硬质合金GT35制造搅拌头,并与选用工具钢制作的普通搅拌头进行对比。对比结果表明,普通搅拌头焊后磨损严重,焊缝质量较差。对搅拌头形状和尺寸进行了设计：最初的“一字凹凸槽”设计存在不同心德患,给加工制造造成困难;后改为分体式搅拌头,采用螺纹连接。采用这种搅拌头能得到表面光滑,宏观形貌良好的接头。     

铝/镁搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头微观组织结构

目的研究不同工艺参数下钎料Zn的添加对Al/Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头组织和性能的影响。方法以厚度为0.05 mm的纯Zn作为钎料,对3 mm厚的2A12-T4态铝合金和4 mm厚的AZ31变形镁合金,进行搅拌摩擦焊-钎焊的复合焊接,分析锌夹层的添加对接头微观组织与力学性能的影响。结果当添加Zn中间层时,接头钎焊区缓解了拉伸断裂趋势,在焊接速度为23.5 mm/min,旋转速度为375 r/min时,接头抗拉剪力达到5.5 k N,复合焊接接头的钎焊焊缝由搭接区、固相扩散区、钎焊区组成。结论钎料的添加有效阻止了Al-Mg系金属间化合物的形成。