低碳钢的搅拌摩擦焊研究

利用钼基和钨基合金搅拌头以0.42～1.68 mm/s的焊接速度在6.3 mm厚的AISI 1018热轧钢板上得到了无缺陷的搅拌摩擦焊焊缝.在焊接过程中,测得搅拌头的轴向栽荷约为18.7kN,扭矩约为55 N·m.利用热电偶和红外照相系统测得搅拌头与工件接触面的温度接近1000℃.通过测量搅拌头焊前、焊后的尺寸发现,焊接过程中搅拌头尺寸因磨损和变形而发生了改变,在搅拌头插入工件阶段其尺寸变化最大.利用光学显微镜和扫描电镜观察焊缝组织,发现焊缝呈几个截然不同的微观组织区域.根据测量的温度和其微观组织可推测搅拌区的最高温度超过了1 100℃,并且可能超过1 200℃.在室温下测试了焊接接头的抗拉强度,拉伸试验中发现试样断在母材上,试样的拉伸强度和屈服强度与母材相当.研究结果表明钢的搅拌摩擦焊接头有良好的力学性能.搅拌摩擦焊可应用于相变淬硬钢、低合金高强钢和不锈钢.     

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。     

下压量对厚板7N01铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

对15 mm厚板7N01铝合金进行搅拌摩擦焊对接试验，焊后开展接头性能分析试验，研究下压量对7N01铝合金搅拌摩擦焊接头的静载拉伸性能、撕裂性能及疲劳强度的影响。研究结果表明，下压量对7N01铝合金搅拌摩擦焊接头静载强度和撕裂性能影响均不显著；随着下压量的增加，7N01铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳强度呈现上升趋势；下压量为1.0 mm时，15 mm厚板7N01铝合金FSW接头的综合性能最优。     

2219—O铝合金厚板搅拌摩擦焊接缺陷分析

针对14 mm厚2219-O铝合金在不同的焊接参数条件下进行搅拌摩擦焊接(FSW),分析了FSW典型缺陷产生的原因,以及焊接参数和搅拌头形状对缺陷形成的影响.拉伸试验结果表明,有孔洞或隧道型缺陷的接头屈服强度、抗拉强度和伸长率分别比无缺陷的接头降低了9.9%、24.0%和60.6%;有缺陷的接头拉伸断口SEM照片显示为韧-脆混合型断裂,其隧道型缺陷处断口形貌为"类蜂窝状",氧含量较高,而无缺陷的则以韧性断裂为主.显微硬度试验表明有缺陷的焊缝显微硬度总体低于无缺陷的.     

6061-T4铝合金单双道搅拌摩擦焊T型接头组织及性能

分别采用搅拌摩擦焊(FSW)单道焊和双道焊工艺方法制备铝合金T型接头,对比分析单道、双道FSW-T型接头的缺陷、显微组织、硬度及拉伸性能。结果表明:相对单道焊接头,双道焊工艺可有效降低FSW-T型接头缺陷尺寸及改善缺陷分布状态,隧道缺陷消失或面积降低,吻接缺陷长度降低;双道焊接头在前进侧和后退侧的组织和性能不均匀性明显降低,软化区范围和差异减小;双道焊接头拉伸性能明显提高,在筋板和壁板方向其拉伸性能普遍为母材的80%以上,明显高于单道焊接头的拉伸性能。     

6061-T5铝合金水平补偿搅拌摩擦焊接头力学性能研究

采用水平补偿搅拌摩擦焊技术对4 mm厚6061-T5铝合金板进行焊接,设计了水平补偿搅拌摩擦焊对接接头结构,测试焊接接头的强度、延伸率和硬度,分析接头的断裂形式。结果表明,对于4 mm厚的6061-T5铝合金,在搅拌头旋转速度为1 500 r/min、搅拌头轴肩压入量为0.2 mm、补偿凸台高为0.3 mm的条件下,焊速为400 mm/min时可获得抗拉强度为227 MPa且弯曲性能良好的接头。焊接接头断口存在明显的分层,有韧性撕裂的痕迹。接头硬度大致呈"W"型分布,后退侧的硬度高于前进侧,显微硬度的最大值出现在接头后退侧。     

搅拌头尺寸对搅拌摩擦焊补焊的影响

分别采用8.5 mm长小搅拌头和24 mm长大搅拌头补焊具有表面沟槽缺陷的42 mm厚的Al-Mg-Si合金FSW试板。试验结果表明,搅拌摩擦焊补焊工艺能够修复具有表面沟槽缺陷的FSW试板。两种搅拌头补焊的焊接接头焊核区晶粒比较细小。大搅拌头补焊焊道与原焊道的重叠区硬度下降明显,对接头的硬度影响范围比小搅拌头补焊时的大。拉伸结果显示,小搅拌头补焊接头抗拉强度比大搅拌针补焊的高16 MPa,屈服强度比大搅拌头的高6 MPa。大搅拌头补焊时带来的热输入高且影响范围大,会造成焊接接头力学性能下降,所以在满足消除缺陷的前提下,尽量选择短小的搅拌头进行补焊。     

搅拌头倾角对FSW成形和接头力学性能的影响

研究了搅拌头倾角对FSW接头焊核区材料的塑性流动和接头力学性能的影响。结果表明,焊接速度一定,倾角θ小于1.5°时,在搅拌头轴肩下0.5mm处出现隧道型缺陷,搅拌针下部的焊核金属发生沉积;随着倾角θ增大,焊核区的金属发生强烈地塑性变形和流动,缺陷逐渐消失,焊核区变宽。对焊接接头拉伸断口进行扫描电镜观察发现:当θ为2°时,在焊核区上表面位置出现"弱连接"现象。断口和力学性能综合分析表明,当θ为3.5°~4°时,焊核区宽度最大,LF5铝合金接头强度和延伸率分别达到最大值:305MPa和16%。     

搅拌摩擦焊AA7075-T651铝合金厚板的显微组织和力学性能（英文）

研究厚度为10和16 mm AA7075-T651板的搅拌摩擦焊接过程。通过仔细选择焊接过程参数可获得无缺陷、全渗透焊接样品。两种焊接接头都出现极细的再结晶粒,而10 mm厚板焊接接头的晶粒组织更细。试样的显微组织观察结果表明,焊件热影响区的硬度显著降低。16 mm厚合金板焊接接头的硬度降低较大。与16 mm厚合金板相比,10 mm厚合金板焊件具有较优的拉伸性能。在拉伸实验过程中,两种厚度的合金板焊件均在热影响区发生断裂。样品的TEM结果表明,热影响区由沿晶界的宽化无沉积区和晶体内沉淀的部分溶解组成。因此,采用搅拌摩擦焊在AA7075-T651上可制得单道次无缺陷焊件,且10 mm厚合金板焊件表现出较高的焊接效率。     

根部缺陷对搅拌摩擦焊接头拉伸性能影响

采用DIC观察结合扫描电镜观察的方法对进行拉伸试验中有根部缺陷的搅拌摩擦焊6082-T6铝合金焊接接头进行了分析,揭示焊接接头根部缺陷对铝合金搅拌摩擦焊接头拉伸性能的影响。结果表明,随着焊接速度增大,接头根部易产生缺陷且缺陷严重情况会增加。由于根部缺陷的存在,导致6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头拉伸性能显著降低,焊核区的承载能力降低,强度下降。拉伸断口形貌为台阶状,具有脆性的断裂形貌特征,在台阶面上分布有浅而小的韧窝。     

搅拌头轴肩尺寸对2219铝合金摩擦搅拌焊接头性能的影响

使用有限元软件ANSYS建立了2219铝合金搅拌摩擦焊有限元模型,得到不同搅拌头轴肩尺寸的搅拌区峰值温度变化曲线,筛选出搅拌区峰值温度分别为熔点70%、80%、90%对应的搅拌头轴肩尺寸。以这些尺寸制作搅拌头,进行了焊接试验,并对焊接接头进行了拉伸试验和显微硬度试验。结果表明,使用轴肩直径为12 mm的搅拌头进行焊接时,其搅拌区峰值温度达到熔点的80%,得到的焊缝表面平整,无飞边毛刺;焊缝截面无未焊透、孔洞、隧道等缺陷;接头抗拉强度最高,为333.9 MPa,达到母材抗拉强度的82.5%。     

Q235钢搅拌摩擦焊接头微观组织与力学性能分析

在焊接速度为100 mm/min和搅拌头转速为450 r/min的工艺参数下,采用钨铼合金搅拌头对3 mm厚Q235钢进行了搅拌摩擦焊试验,并对接头的微观组织及力学性能进行了研究. 结果表明,在该工艺参数下可以获得表面无缺陷、成形良好的焊缝. 焊后搅拌头表现出一定程度的磨损及氧化. 接头截面各区域承受不同的热力联合作用,经历了不同的组织转变过程,但均保持铁素体和珠光体组织. 接头显微硬度最大值位于焊核区. 接头拉伸断裂位置处于热影响区,拉伸断口呈韧性断裂特征.     

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。     

汽车车身用铝合金冷金属过渡点塞焊工艺分析

采用AlSi₅铝合金焊丝,冷金属过渡方法对汽车车身用6061铝合金进行了搭接点塞焊试验,研究了送丝速度、铝板孔直径、点塞焊时间对点塞焊接头焊点直径、焊核直径和拉伸载荷的影响.结果表明,送丝速度主要影响焊点直径的大小,点塞焊时间和铝板孔直径主要影响焊核直径和拉伸载荷.接头拉伸载荷主要取决于焊核直径的大小,焊核直径越大,拉伸载荷越大,与焊点直径关系不大.接头为典型的熔焊接头,焊缝主要由α-Al固溶体和Al-Si共晶相组成,点塞焊接头断裂方式为撕裂型断裂.     

焊接速度对7A04铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

采用不同焊接速度焊接7A04铝合金板材,并对搅拌摩擦焊接头进行微观组织和力学性能分析研究。结果表明,接头焊核区由于搅拌头的搅拌作用及发生动态再结晶,形成细小等轴晶,尺寸远小于母材;机械热影响区处于搅拌头外缘,在搅拌头搅拌作用下发生明显的拉伸变形;热影响区晶粒发生明显粗化。不同焊接速度下焊缝区的硬度分布整体上呈"W"形分布,接头软化,焊缝区硬度低于母材,硬度最高值出现焊核区,最低值出现在热影响区。当旋转速度为800 r/min,焊接速度为120 mm/min时,接头成型性最佳,其抗拉强度为410 MPa,达母材强度的75%。     

搅拌头转速对AZ31镁合金厚板搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

选用9.8 mm厚AZ31镁合金进行搅拌摩擦焊对接试验,探究搅拌头转速对焊接接头力学性能和表面成型的影响。结果表明,接头的力学性能随搅拌头转速的增加呈先增大后减小的趋势。过低的搅拌头转速会造成热输入不足,产生隧道缺陷,降低接头力学性能;搅拌头转速过高会造成热输入过大,也会降低接头的力学性能。当选择转速800r/min,焊接速度180 mm/min时,接头力学性能最好,拉伸断口呈韧性断裂,无缺陷。     

AZ31B镁合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能

对我国航天工业中常用的6.6 mm厚的AZ31B镁合金进行了搅拌摩擦焊试验,获得了型面良好、表面质量光滑、检测无缺陷的焊接接头。对比分析了镁合金在不同工艺参数下的焊接接头拉伸、硬度以及断裂等力学性能;同时,研究了AZ31B镁合金搅拌摩擦焊在不同区域的显微组织结构。结果表明,焊接接头抗拉强度达到250 MPa,为母材的89.3%,焊接接头硬度大于母材硬度,接头断裂位置位于前进边热力影响区附近;焊核区晶粒大小均匀,热力影响区晶粒大小不一,存在焊核区塑性流动和搅拌头的转动双重作用结构,从而论证了航天AZ31B镁合金搅拌摩擦焊的可行性。     

搅拌头组织对其使用寿命的影响

利用拉长晶粒和再结晶两种组织搅拌头对X70管线钢进行搅拌摩擦焊,通过使用寿命试验、拉伸试验和冲击试验,研究了搅拌头组织不同对其使用寿命和焊接接头力学性能的影响,结合硬度测量、金相组织观察和扫描电镜分析探究了其影响机理。结果表明:两种组织搅拌头焊接接头的力学性能相当,均因焊缝金属中出现马氏体组织而使强度升高、塑性和韧性下降;再结晶组织搅拌头焊后其本身组织产生变形,出现晶粒间缺陷使其使用寿命低于拉长晶粒搅拌头,两种搅拌头焊接过程中磨损机理均为磨料磨损。     

T2紫铜搅拌摩擦焊工艺

对5 mm厚T2紫铜开展了搅拌摩擦焊工艺的研究,分析了焊接工艺参数对焊缝表面成形、接头宏观形貌、显微组织及力学性能的影响。结果表明,在较宽的焊接工艺参数范围内均可得到无内部缺陷的接头。接头宏观形貌由焊核区、热机影响区、热影响区和母材组成。随着搅拌头旋转速度的增加或焊接速度的降低,碗形的接头的宏观形貌轮廓逐渐模糊,焊核区的晶粒逐渐粗化,接头的抗拉强度逐渐降低。当焊接工艺参数为400 r/min,200mm/min时,接头的抗拉强度最高,达到母材的95. 9%,S线对接头拉伸性能无影响。热影响区的显微硬度值最低,与接头的断裂位置一致。     

焊接参数对1350工业纯铝搅拌摩擦焊接头的组织及性能的影响

采用搅拌摩擦焊对3 mm厚的1350工业纯铝板材进行了对接,考察了ω/υ值对搅拌摩擦焊接头的组织和力学性能的影响.结果表明,在ω/v=5.0 r/mm时得到的接头表面粗糙,并且有隧道型孔洞生成,ω/v=8.3 r/mm时接头有“S”曲线缺陷生成,ω/v＞8.3 r/mm的条件下可以得到外表面美观、内部无缺陷的接头.搅拌区的面积和晶粒尺寸随着ω/v值的增大而增大.搅拌区的硬度变化趋势与ω/v值变化趋势不同.接头的抗拉强度、伸长率在ω/v值为5.0～10.0 r/mm范围内随着ω/v值增大而升高,ω/v为10.0 r/mm时达到最大值,进一步增大ω/v值将降低接头的力学性能.接头拉伸断口SEM显示,在ω/v＞8.3 r/mm时存在与母材类似的韧窝和撕裂棱,表明搅拌摩擦焊接头基本保持了母材良好的塑性.