轨道车辆铝合金地板搅拌摩擦焊残余状态分析

搅拌摩擦焊作为一种先进的固相焊接技术,以其针对铝合金材料焊接效率高、焊后缺陷小、环境污染小等优点被逐渐地广泛应用。但是目前缺乏搅拌摩擦焊焊接中力学过程的研究,也鲜有力学过程对于焊缝残余状态影响的资料,不利于搅拌摩擦焊的推广应用。因此,本文以某型地铁车辆铝合金地板的焊接为研究对象,对搅拌摩擦焊工作原理及焊缝残余状态规律进行了分析,总结了摩擦焊接过程中的力学规律与导致焊缝残余应力不对称分布的原因。     

搅拌摩擦焊返工工艺研究

本文阐述了搅拌摩擦焊工程应用化过程中隧道型缺陷产生的原因,通过实验分析6×××系列中空挤压型材在缺陷情况下进行修补的焊接工艺方法,对金相结构和力学性能对比分析,提出优化的焊接工艺参数,填补了产品工程化应用过程中有缺陷的搅拌摩擦焊产品返修技术空白。     

5A05铝合金薄板搅拌摩擦焊装配因素对焊缝质量的影响

文中通过5A05铝合金薄板搅拌摩擦焊对接试验,进行了力学性能分析和X射线探伤,研究接头错边量和间隙量对搅拌摩擦焊对接接头缺陷和力学性能的影响。试验结果表明当错边量大于0.5 mm或间隙量大于0.8 mm时焊缝力学性能下降并伴随下压量增大和缺陷的产生,接头缺陷与拉伸试验断裂部位大多在焊缝前进侧。错边量和间隙量对铝合金薄板搅拌摩擦焊对接接头力学性能及内部质量有重要影响,为保证焊接生产质量,搅拌摩擦焊焊接过程中应该严格控制接头错边量和间隙量。     

钛、铝制压力容器制造中焊接方法的应用分析

随着工业技术的进步,出现了许多新型的焊接方法,传统的钛、铝制压力容器焊接方法易产生焊接缺陷,急需新型的焊接方法来改善钛、铝合金的焊接工艺。针对钛、铝合金制压力容器,对比分析传统的熔焊方法,以及与以搅拌摩擦焊(FSW)为典型的固态焊接之间的差别。结果表明,传统的熔焊方法易产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷,而固态焊接焊接过程未经过一次结晶过程,避免了传统焊接方法中的缺陷产生,在钛、铝制压力容器中有广阔的应用前景。     

搅拌摩擦焊返工工艺研究

介绍了搅拌摩擦焊在轨道交通车辆侧墙制造应用中出现的平面度超差、焊接缺陷等质量问题,通过对侧墙板搅拌摩擦焊焊缝使用搅拌摩擦焊调平、弧焊补焊、重复焊接等方法进行返工,对返工后的接头进行宏观试验、拉伸试验和弯曲试验,并根据ISO25239对试验结果进行评判,最终确定对存在缺陷的搅拌摩擦焊焊缝进行返工的可行性。     

铝合金搅拌摩擦焊技术研究

论述了搅拌摩擦焊的焊接方法、工艺过程和基本原理；通过大量的工艺参数优化，解决了焊缝中的孔洞问题，使ＬＦ６板材搅拌摩擦焊的焊缝达到与母材等强，ＬＹ１２焊后未经热处理，连接强度接近母材的８０（。由金相分析可以看出，搅拌摩擦焊属于固相连接，焊缝晶粒细小，无气孔、夹杂、裂纹等焊接缺陷。初步应力测试发现，搅拌摩擦焊焊缝比熔焊焊缝的残余应力低。试验研究结果表明，搅拌摩擦焊焊接过程稳定可靠，焊接接头性能良好，具有广泛的应用前景。     

搅拌摩擦焊构架强度与疲劳分析

为避免搅拌摩擦焊构架在焊接过程中因强度不足而发生损坏,进而影响焊接效果,对搅拌摩擦焊构架进行了强度与疲劳分析。根据搅拌摩擦焊构架在实际情况下的载荷,基于有限元分析方法,应用HyperMesh软件进行网格划分,并应用ABAQUS软件确认应力集中区域,对静强度和疲劳强度进行仿真计算。结果表明:所研究的搅拌摩擦焊构架,其静强度和疲劳强度满足设计要求,为后续结构优化提供了依据。     

铝合金液冷冷板窄台阶搭接搅拌摩擦焊工艺研究

文中研究了铝合金液冷冷板窄台阶搭接搅拌摩擦焊工艺。冷板基底材料为6063 铝合金,盖板材料为3A21 铝合金。设计了窄搭接搅拌头,减小了轴肩宽度和焊接压力,增加了接头焊接时材料的流动性,针对不同焊深窄台阶冷板进行了窄搭接焊接工艺试验。研究表明,通过优化搅拌头形貌尺寸和工艺参数能够实现4-2（焊缝深度–台阶宽度,mm）、6-4 和9-6 的窄搭接搅拌摩擦焊焊接,焊接过程中进行定位预焊能有效避免产生焊缝S 型曲线,前进侧为6063 或3A21 时均能形成良好的焊缝。     

搅拌摩擦焊中材料流动行为数值模拟的研究进展

搅拌摩擦焊是一种革命性的焊接技术。相比于熔化焊,搅拌摩擦焊在铝合金、镁合金等材料的焊接方面具有明显的优势。而搅拌摩擦焊过程中材料在熔化温度以下经历剧烈的塑性流动,这与传统焊接过程有着明显不同,因此非常有必要对搅拌摩擦焊过程中的材料流动行为进行研究。由于试验方法本身在空间与时间上的局限性,数值模拟成为研究搅拌摩擦焊过程中的材料流动行为的重要方法。分析搅拌摩擦焊过程中的物理过程,从数值方法、热源模型、边界摩擦模型、材料本构模型这四个方面介绍搅拌摩擦焊中材料流动行为的数值模拟的最新研究进展及相关应用。对当前搅拌摩擦焊材料流动模拟中存在的不足进行分析,提出未来研究中应关注的研究方向。     

装甲钢复合热源搅拌摩擦焊接过程数值模拟

装甲钢属于高强度特种钢,因其强度高、硬度好的特性被国内外学者的大量研究,但焊接时容易因为工艺操作不当而产生缺陷。如何避免裂纹、变形的产生成为装甲钢焊接技术研究的一个重要课题。采用复合热源搅拌摩擦焊进行焊接,运用有限元技术,参数化编程语言,对装甲钢的电弧热源与搅拌摩擦复合焊接技术进行数值模拟,得到不同时间点的焊接温度场。结果表明,预热电流为30 A,电压为20 V,焊速50 mm/min,预热温度200℃的工艺参数更适合该钢的焊接。     

温度对搅拌摩擦焊接接头摩擦磨损性能的影响

通过对搅拌摩擦焊过程中铝合金板上各特征点在不同焊接参数的温度变化规律的检测,研究搅拌摩擦焊接参数对焊接过程温度场的影响,搅拌摩擦焊焊接接头的摩擦磨损行为,以及搅拌摩擦焊接头的摩擦磨损性能随温度的变化趋势。结果表明:在搅拌头旋转速度一定时,各特征点的温度峰值会随焊接速度的增加而降低,在焊接速度一定时,特征点的温度峰值会随搅拌头旋转速度的增加而升高;搅拌摩擦焊接头磨损表面呈现轻微的疲劳磨损特征,无明显的表层剥落开裂迹象;试样的磨损量与接头区域的焊缝成型有密切关系,而焊缝的成型质量与温度场的分布有密切联系,试验表明温度场梯度越小,磨损量越小。     

AZ31B镁合金搅拌摩擦焊焊接工艺研究

采用搅拌摩擦焊对AZ31B镁合金板材进行了焊接试验,研究了搅拌头旋转速度、焊接速度和搅拌头轴肩下压量对焊接接头成形质量的影响。结果表明,搅拌头转速过快或焊接速度过慢时,焊缝会出现局部过热甚至熔化现象;反之,当搅拌头转速不够或焊接速度过快时,材料不能充分流动,会形成隧道型缺陷或表面沟槽。当搅拌头轴肩下压量过小时,焊缝内部组织疏松或出现孔洞、隧道型缺陷,焊缝表面出现沟槽,甚至使焊缝金属液外溢;搅拌头轴肩下压量过大,会造成摩擦力及搅拌头前移阻力增大、焊缝凹陷及出现飞边。当搅拌头转速为1200～1500r／min、焊速为30～60mm／min,搅拌头轴肩下压量为1．5～2．0mm时,可得表面成形良好、内部无孔洞和隧道的焊缝。     

某雷达冷板双轴肩搅拌摩擦焊接工艺试验

文中介绍了某雷达MB8镁合金冷板的双轴肩搅拌摩擦焊接试验。双轴肩搅拌摩擦焊接技术对夹具设计以及应用环境的要求较常规搅拌摩擦焊接低。本试验中搅拌头转速设计为1000～1600 r／min,焊接速度设计为100～160 mm／min。通过测量冷板焊接接头处的拉伸强度和硬度,分析了焊接工艺参数对接头力学性能影响的机制。试验结果表明,MB8镁合金冷板双轴肩搅拌摩擦焊接接头处没有出现未焊透、气孔和夹杂等镁合金熔焊常见的缺陷,接头处的拉伸强度为199～211 MPa,平均拉伸强度达到母材强度的91％,接头处布氏硬度为30～39 HBS ,相比母材略有下降。试验结果说明双轴肩搅拌摩擦焊接技术非常适合用于冷板以及其他结构件的焊接。     

无针搅拌摩擦点焊材料流动行为及其与接头宏观形貌、晶粒特征的相关性

搅拌摩擦焊接头材料流动行为是优化焊接工艺的根本所在,目前关于无针搅拌摩擦点焊流动行为尚未形成统一的认识。以0.02 mm镍箔为示踪材料,采用轴肩端面具有渐开线凹槽的无针搅拌头,改变旋转速度和焊接时间进行1.8 mm厚2198-T8铝锂合金搭接搅拌摩擦点焊试验,借助微焦点锥束三维CT设备、扫描电镜等测试手段,研究材料流动行为及其对接头宏观形貌、晶粒特征的影响。结果表明,轴肩下方的金属在轴肩挤压和摩擦热作用下先软化,以螺旋形向下向内流动形成搅拌区;随着焊接时间的延长,搅拌区金属向上和向外流动增强,致使搅拌区外缘界面翘曲,形成Hook缺陷。随旋转速度或焊接时间增大,搅拌区金属向下和向上向外流动加剧,焊核的深度和直径增大、晶粒更细小;下板金属软化程度加强,搅拌区外缘下板更多的塑化金属向上向外流动,致使Hook更翘曲。研究结果为深入了解无针搅拌摩擦点焊材料流动行为和优化焊接工艺提供了理论基础。     

3A21与6063异种铝合金搅拌摩擦焊接头性能分析

为研究3A21与6063异种铝合金材料摩擦搅拌焊接头性能,文中选取了16组不同的焊接工艺参数进行搅拌摩擦焊接试验。在试验过程中,为研究焊缝处的力学性能,减小了试件焊缝处的宽度,使拉伸断裂处能发生在焊缝处。通过整理试验数据,分析了6063-O/3A21与6063-T6/3A21焊接接头抗拉强度与接头硬度随焊速、转速以及焊速转速比变化的分布规律,得到了适用的焊接参数范围。试验表明,通过合理选择焊接参数,得到了力学性能良好的焊接接头,达到了工程应用要求。     

SIMOTION D435在搅拌摩擦焊接机中的应用

针对目前我国搅拌摩擦焊设备的自主研发水平不高,大部分只能焊接一维直线或者无法恒压力控制的问题,设计了一套既能焊接二维曲线又可恒压力控制的搅拌摩擦焊设备.通过对搅拌摩擦焊接的焊接原理和控制要素的分析,在综合比较了各种控制方案后,选用了以SIMOTION D435为核心的控制方案;在对所需功能进行分析的基础上,控制程序采用模块式的编程方法,综合运用LAD语言和MCC语言,实现了搅拌摩擦焊接时的二维轨迹插补和压力PID控制,并对压力的控制精度和进给轴的定位精度进行了实验分析.研究结果表明,该系统运行稳定,压力控制精度高,适合于铝合金、镁合金等轻合金的二维平面的搅拌摩擦焊接.     

铝-镁合金的超声振动强化搅拌摩擦焊试验研究*

研究铝镁异种合金的连接可拓宽轻量化结构的应用领域,具有重要的学术意义和工程实用价值。进行常规搅拌摩擦焊(Friction stir welding, FSW)和超声振动辅助搅拌摩擦焊(Ultrasonic vibration enhanced friction stir welding, UVeFSW)的对比试验,并对结果进行分析。试验结果表明超声的施加可以拓宽工艺参数窗口,改善焊缝表面的成形,减少缺陷,优化界面结构,细化均化晶粒,提高接头的力学性能。进行载荷测试后发现,超声的加入可以降低焊接所需载荷,这有利于降低设备体积。而温度场的测试则说明,超声波对于焊件有预热作用。     

Durable Tools for Friction Stir Welding of High-Temperature Airplane-Engine Components

Experimental data are presented regarding the creation of effective friction stir welding tools. A design concept for a friction stir welding tool and the corresponding attachment is proposed, taking account of the constraints associated with the workpieces; the system consisting of the machine tool, the attachment, the tool, and the workpieces; and the requirements on tool life. The tool life is investigated in friction stir welding of high-temperature materials in airplane-engine components.     

搅拌摩擦点焊技术在汽车行业的应用

随着汽车行业产品的轻量化发展,镁、铝等轻质合金被大量运用,其焊接技术亦为越来越多的工业制造商所关注,搅拌摩擦点焊技术是在搅拌摩擦焊技术的基础上衍生而来的一种适用于轻金属合金连接的新型的固相点焊技术.可以代替熔焊、激光焊、电阻点焊等多种焊接方法,而成为一种新型的搅拌摩擦焊方法.本文将对搅拌摩擦点焊的产生背景、基本原理以及...     

静轴肩摩擦搅拌焊温度场仿真分析与参数优化

为了解决非刚性支撑条件下传统搅拌头易陷入被焊接板材而导致焊接失败的问题,设计研发了静轴肩焊接结构。通过建立有限元仿真计算模型,并使用热红外成像仪对焊接表面温度进行实时监测,分析不同工艺参数下静轴肩摩擦搅拌焊焊接过程中的温度场变化情况。使用设计研发的静轴肩摩擦搅拌焊进行现场试验并对完成焊接表面无缺陷的焊缝与母材进行拉伸试验对比,检测其焊缝机械强度,并对断口进行微观组织分析。结果表明：在使用静轴肩搅拌头焊接过程中,产热量主要来源于搅拌针轴肩的摩擦生热和搅拌针端部的摩擦生热,搅拌针的侧面摩擦生热和静轴肩的摩擦生热占比较小;对产热量影响较大的是主轴压力和主轴转速,C轴转速对产热量影响不大;在主轴压力为2940～3430 N,主轴转速为1000 r/min,C轴转速为0.05 r/min的工艺参数下,完成焊接的焊缝表面光滑无飞边,内部无沟槽隧道缺陷,焊缝抗拉性能达到母材的71.5%左右;焊缝断口存在分层现象,靠近焊接表面的上层呈脆性断裂特性,下层呈延性断裂特性,与母材相比,焊缝试样的延伸率和抗拉强度均有所降低。