镁合金搅拌摩擦焊的研究现状与展望

镁合金具有密度低、比强度高、导热性好等显著优点,在汽车、轨道交通和兵器等行业中的应用前景非常广阔,而传统的铆接和熔化焊等连接方法质量较差,从而限制了其应用。作为有色金属"焊接专家"的搅拌摩擦焊,相比传统的连接方法有着不可比拟的优势,因此镁合金搅拌摩擦焊已经引起国内外学者的广泛重视。介绍了搅拌摩擦焊的基本原理和接头质量影响因素,详细总结了国内外镁合金搅拌摩擦焊在微观组织、力学性能和塑性流动方面的研究现状,指出了国内外学者已取得的研究成果和不足,点明了焊接接头力学性能的检测标准和材料的真实流动还需进一步地研究与探讨,最后在异种材料的焊接、搅拌头的优化设计和数值模拟等方面对镁合金搅拌摩擦焊的发展前景进行了展望。     

搅拌摩擦焊用钨铼合金的研究进展

搅拌摩擦焊接技术是一种环保、低成本的固相连接技术,已经在航空航天、轨道交通和新能源汽车等领域得到广泛应用。对于高熔点合金材料如钛合金和不锈钢的搅拌摩擦焊接而言,搅拌头材料成了主要制约因素。钨铼（W-Re）合金凭借其高熔点、高硬度和强抗腐蚀性等优点,已成为研究和应用最热的搅拌摩擦焊接高熔点合金的搅拌头材料。本文综述了近年来在搅拌摩擦焊工艺中以W-Re合金作为搅拌头材料的制备方法、复合强化技术和应用场景的研究进展。此外,还展望了拓宽W-Re合金在搅拌摩擦焊领域应用的前景,包括降低W-Re合金的生产成本和提高其服役寿命等方面,旨在推动W-Re合金搅拌头材料在搅拌摩擦焊领域的进一步应用和发展。     

搅拌摩擦焊搭接hook缺陷研究现状

搅拌摩擦焊搭接hook缺陷是材料焊接过程中由于材料受热及物理畸变变形形成的固有物理缺陷,在焊接构件使用过程中对构件静态及动态性能影响大。本文从hook缺陷表现形貌及形成原因出发,综述了新型连接技术搅拌摩擦焊在搭接接头中缺陷成型机理,分析了搅拌摩擦焊焊接材料搭接焊接时材料的配置位置、焊接刀具形貌及长度以及焊接工艺参数等对hook缺陷形貌及尺寸的影响,结合国内外研究现状简述了hook缺陷对焊接接头静态力学性能及动态裂纹敏感性的影响程度,并就目前影响因素情况对后期该缺陷改进提出了相关建议。     

镁-铝异种合金搅拌摩擦焊的研究现状及展望

镁合金具有高的比强度和比刚度,被广泛应用于各种工程领域。然而镁合金存在易腐蚀和成形性能差等缺点,极大地制约了镁合金的广泛应用。铝合金密度低,强度高,接近或超过优质钢,塑性好,可加工成各种型材,具有优良的导电性、导热性和抗蚀性,在工业上得到了广泛使用,使用量仅次于钢。在航空航天、轨道交通及汽车等精密工业中,异种合金间的焊接被认为是最复杂的工程之一。通过镁-铝异种合金的焊接,有效结合两种合金的优点,从而满足一些特殊工作环境对零件的使用要求。与此同时,镁-铝异种合金的焊接可显著节省材料从而降低成本,极大拓展了镁合金和铝合金的应用。搅拌摩擦焊可以显著改善传统熔焊工艺中存在的许多冶金问题,从而获得高质量的焊接接头。因此,不同牌号的镁-铝搅拌摩擦焊既有重大的科学研究价值又有巨大的工业应用价值。本文总结了镁-铝合金搅拌摩擦焊的研究进展,特别关注了搅拌摩擦焊工艺参数对微观组织演变、力学性能及相关缺陷的影响,并对后续的研究热点进行了展望。     

汽车用新型钛合金的搅拌摩擦焊研究

进行了6 mm厚汽车新型钛合金Ti-6Al-4V-0.2Y板材的单面对接搅拌摩擦焊试验,并对接头的宏观形貌、X光无损探伤、显微组织、表面硬度和力学性能进行测试与分析。结果表明,钛合金Ti-6Al-4V-0.2Y板材的焊接接头成形好、表面光亮、无明显缺陷、力学性能较佳;接头的室温抗拉强度达到900 MPa、接头系数高达96%;接头硬度最大值位于焊核区、最小值位于前进侧热影响区。     

搅拌摩擦焊工艺参数对超薄铝合金板/高强钢搭接焊接头组织及性能的影响

采用复合式搅拌头对0.7 mm厚6010铝合金板和2.0 mm厚DP600钢板进行搅拌摩擦搭接焊,在不磨损搅拌头的同时获得了性能优良的焊接接头。研究了不同焊接工艺参数对铝合金/高强钢焊接接头界面结构及力学性能的影响。结果表明,在搅拌针未进入钢板的情况下,顶锻力是搅拌摩擦焊过程中的关键参数,存在一个实现铝合金/高强钢异种材料搅拌摩擦搭接焊的最小顶锻力。在恒定顶锻力5.0 kN,转速1 200 r/min的焊接条件下得到了最佳性能的焊接接头,拉伸强度达到260 MPa,且断裂发生在铝合金母材区。铝合金/高强钢界面存在一层厚2.0μm的过渡层。     

铝锂合金搅拌摩擦焊接热循环

搅拌摩擦焊接过程中，焊件上任一位置于搅拌头行走到该位置所在垂直于焊缝直线的瞬间，热循环温度达到最大值，并随着搅拌头远离而迅速降低。焊缝起点受搅拌头扎入行为的影响，而焊缝终点受搅拌头提起行为的影响，二者经受的热循环温度低于焊缝其它部位。然而焊缝起点和终点间的材料经受稳定的热循环作用。焊缝中心经受的焊接热循环温度最高，为415℃。焊缝两侧材料经受不同的热循环作用，前进侧略高于后退侧7～12℃。     

搅拌摩擦焊技术在有色金属焊接上的应用

搅拌摩擦焊技术发明至今15年以来，无论在国外还是在国内，已经成功跨出试验研究阶段。发展成为在有色金属特别是在铝合金结构制造中可以替代熔焊技术的工业化实用的固相连接技术；这项新型的焊接技术在航空航天飞行器、高速舰船快艇、高速轨道列车、汽车等轻型化结构以及各种铝合金型材拼焊结构制造中，已经展示出显著的技术和经济效益。它的出现将使铝合金等有色金属的连接技术发生革命性的进步     

美国福特汽车公司生产中采用的几项新技术

美国福特汽车公司的全铝空间框架由35种挤压型材、7种复杂铸件、两种半固态成形铸件和几种铝冲压板材构成。该空间框架结构中具有两个独有的特点,大型中间空洞可以装入安在中间的燃油箱和用于悬臂门的开口车蓬的型材。1摩擦搅拌焊为强化车底盘刚度,第一次采用摩擦搅拌焊生产汽车用底盘和加工多部件铝材的中心空洞结构。摩擦搅拌焊和金属焊条惰性气体保护焊相比,改进了总成的尺寸精度,使连接强度增加30%,因为焊缝是连续性的,该焊接技术有效地把燃油箱和乘员室分开,对于这种新型摩擦搅拌焊技术的专利申请正在进行中。2抗冲压轨梁前后保险杠通…     

Al-Li合金搅拌摩擦焊技术的研究进展

Al-Li合金因其低密度、高比强度、高比刚度等优点,在航空航天领域得到了广泛的应用.作为新型的固态焊接技术,搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)技术为Al-Li合金的工业化应用带来了新的发展前景.综述了近年来主要Al-Li合金(包括Al-Li-Cu、Al-Cu-Li、Al-Mg-Li)FSW...     

地铁车辆铝合金车体搅拌摩擦焊浅析

针对铝合金轨道车辆车体焊接难题,对熔焊、激光焊与搅拌摩擦焊等焊接工艺的接头性能、焊接效率与工作环境等进行了比较研究。重点讨论了低成本、高质量的搅拌摩擦焊在铝合金车体焊接大规模工业化生产中的可行性,对于提升我国现今轨道交通车辆装备制造水平具有一定的借鉴意义。     

超细晶Cu/AI异种材料搅拌摩擦焊组织与性能研究

超细晶材料综合性能优异,但组织热稳定性较差,焊接后接头组织容易发生异常长大,使其性能急剧下降。因此,合适的连接工艺对大尺寸超细晶结构件的应用具有重要工程意义。以超细晶铜、粗晶铝以及粗晶铜、粗晶铝作为结构母材,采用热输入量小的搅拌摩擦焊（FSW）工艺进行连接探索,系统观察了铜铝接头组织与性能。结果表明,超细晶铜与铝接头界面处元素互扩散能力较强,形成较多的Al4Cu9 金属间化合物;在焊接过程中,当搅拌头转速为1000 r/min,焊接速度为50 mm/min时,粗晶铜与铝接头硬度可达HV 211,超细晶铜与铝焊接接头可获得良好的力学性能。     

BTi -62421S高温钛合金超塑成形与焊接工艺研究

设计了新型高温钛合金BTi - 62421S舵面模拟件超塑成形模具,结合超塑成形与几种典型焊接技术,研究了激光焊、滚焊等焊接方法对超塑成形的影响,最终研制出钛合金舵面模拟件超塑成形零件.结果表明采用激光焊与滚焊工艺都能很好地保证两层钛合金板气密性要求,激光焊接工艺效率更高、表面质量更好,选择适当的激光焊接工艺参数可获得...     

钛合金钎焊

钛合金具有优异的机械性能、焊接性能和耐腐蚀性能,这使得钛和钛合金在航空航天工业和化学工业中的应用不断扩大。钛合金焊接方法的发展对推动钛合金的应用起了重要的作用。经过长期的研究,现已成功地发展了熔化焊(钨极氩弧焊、电子束焊、激光焊、等离子束焊),摩擦焊,扩散焊,钎焊和扩散钎焊。其中钎焊和扩散钎焊主要     

Cu/Al复合材料界面组织与性能的研究进展

Cu/Al复合材料拥有优异的导电、导热性能及良好的耐腐蚀性，被广泛应用于通讯、电力和新能源等领域。作为异种金属连接形成的复合材料，其在制备过程中最大的难点在于消除异种金属间热膨胀系数差异等物理性质引起的缺陷，且连接处的界面间组织是影响其性能的主要因素，所以对此进行研究十分重要。综述了超声波焊接、搅拌摩擦焊、爆炸焊和铸造法下Cu/Al复合材料界面金属间化合物（IMC）的种类、形成机理，同时总结了Cu/Al复合材料性能改进常用的辅助手段：在等离子焊接和真空铸造工艺中添加微量元素；在拉拔旋压、轧制和爆炸焊后进行热处理；在超声波焊接、轧制中进行电脉冲辅助。国内外研究者们还广泛应用计算机模拟技术来研究Cu/Al复合材料的界面组织和性能。采用自主研发的冲击射流复合铸造工艺成功制备出Cu/Al复合材料，界面组织为Al2 Cu， AlCu和Al4Cu9，最大结合强度为23 MPa。     

轴肩直径对Ti-6Al-4V钛合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

作为搅拌摩擦焊用搅拌头的重要尺寸,轴肩直径对焊接接头组织性能都产生影响。采用不同轴肩直径进行了2 mm厚Ti-6Al-4V钛合金搅拌摩擦焊试验,并进行了显微组织的金相(OM)分析和电子背散射衍射(EBSD)分析,以及力学性能的测试与分析。结果表明,当轴肩直径在8～14 mm时,2 mm厚Ti-6Al-4V钛合金搅拌摩擦焊接头焊核区晶粒先细化后粗化、接头抗拉强度和接头系数先提高后下降;当轴肩直径为12 mm时,焊核区晶粒最细小,平均晶粒尺寸～7μm,接头抗拉强度和接头系数最高,分别为929 MPa、91%。     

铝锂合金的搅拌摩擦焊接技术研究与应用现状

对铝锂合金搅拌摩擦焊的焊接区宏观形貌、析出相等微观组织和拉伸、疲劳等力学性能进行了综述和分析,介绍了铝锂合金搅拌摩擦焊接在航空航天领域的最新应用,提出了下一步铝锂合金搅拌摩擦焊的发展方向。     

新型Ti-3Al-2Mo-2Zr(TA24)合金焊接及热处理工艺研究

根据新型钛合金Ti-3Al-2Mo-2Zr(TA24)化学成分、组织、性能特点,研究了材料典型温度高温性能,采用GTAW焊接中厚新型钛合金试板,在焊接接头无损检测后,在规定温度下执行焊后热处理,制备试样进行力学性能和金相等试验,分析新型钛合金焊接性及不同焊后热处理温度接头性能变化。结果表明新型钛合金具有良好焊接性和耐高温性能,650～750℃是该新型合金焊后热处理适宜温度。     

6061铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能研究

采用搅拌摩擦焊方法(FSW)对6 mm厚的6061-T4铝合金板材进行对接,焊后利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)分析、对比了焊接接头和母材的显微组织和断口形貌特征,并测试了其室温拉伸性能和显微硬度。实验结果表明:选择了适合于6061-T4铝合金板材搅拌摩擦焊的工艺参数:焊接时搅拌头旋转速度为1200 r.min-1,工件的进给速度为300 mm.min-1,在此参数下获得了与母材等强度、韧性接近于母材的焊接接头,为此种合金应用于汽车关键零部件提供了可靠的工艺方法。FSW板材接头焊核区的组织和性能明显优于其他区,热影响区是接头最薄弱的部分,焊核区的硬度最高,而热影响区的硬度最低,焊缝金属发生回复再结晶使晶粒细化。断口分析表明,断裂发生在热影响区,由于搅拌头的旋转运动和热量的累积,该区存在晶粒长大、组织粗化现象。对工艺参数的优化实验表明,搅拌头旋转速度与焊接速度对接头性能的影响存在一定的适配关系,通过工艺参数的调整可以有效地控制热影响区的焊缝组织和改善焊接接头的性能。细晶强化是搅拌摩擦焊接头强度与韧性提高的主要原因。     

搅拌摩擦焊技术及其在铝型材连接中的应用

本文首先阐述了搅拌摩擦焊的焊接机理、优势及影响焊接质量的主要因素,随后结合文献报道,综述了搅拌摩擦焊技术在铝型材连接中的应用现状,并预示了其发展方向和前景。