5083-O铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头的成形与力学性能研究

以2 mm厚5083-O铝合金为研究对象,研究了搅拌头转速对回填式搅拌摩擦点焊(Refill friction stir spot welding,RFSSW)接头成形及力学性能的影响。结果表明,当焊接工艺参数不合理时,接头会出现孔洞和未充分回填等缺陷。焊核区不存在明显的软化现象,且上板硬度稍高。随着转速的增加,接头的拉剪载荷先上升后下降;最大拉剪载荷在转速为2500 r/min时取得,其值为7.92 k N。     

工艺参数对钛/铝异种合金回填式搅拌摩擦点焊连接质量的影响

采用回填式搅拌摩擦点焊工艺(Refill friction stir spot welding,FSpW)对厚度均为2 mm的5A02-O铝合金和TC4钛合金板材进行焊接。通过改变停留时间和回填速度,探究不同工艺参数对接头微观组织和力学性能的影响。结果表明,在选定工艺范围内,焊点成型良好,搅拌区晶粒细小,热影响区晶粒长大但有限,搅拌套作用区界面原子扩散距离比搅拌针作用区更大,停留时间6 s获得的焊点界面原子扩散距离和金属间化合物(IMC)厚度在1 μm左右。随着回填速度提高,接头承载载荷总体呈现上升趋势,但仍有数值波动,回填速度为30 mm/min,停留时间为6s获得接头拉剪载荷最低为4861 N,回填速度为90 mm/min,停留时间为6 s获得接头拉剪载荷最高为6617 N,拉剪后宏观断面较为平整,断裂模式为剪切断裂,微观断口由韧窝组成。     

搅拌针对FSSW-B接头界面组织与力学性能的影响

铝/镁异种金属复合结构在结构轻量化领域具有极大的应用价值。采用新型搅拌摩擦点焊-钎焊技术(friction stir spot welding-brazing,FSSW-B)对铝/镁异种金属进行搭接点焊,同时与搅拌摩擦钎焊(friction stir spot brazing,FSSB)工艺进行对比,研究焊接工具中搅拌针的存在对接头界面组织与力学性能的影响。FSSW-B接头界面中间层分为明显上下2个部分,上层界面主要为MgZn₂相,下层界面主要为Mg₇Zn₃相;FSSB接头主要为MgZn₂相。接头的断裂模式主要为界面剥离断裂,由于搅拌针的存在,出现了眉状断裂模式。搅拌针的存在提高了接头的抗拉剪性能与疲劳性能,FSSW-B接头的最大抗拉剪力为7600 N,疲劳极限为3366.6 N;搅拌针使抗拉剪性能提升了53.5%,使疲劳性能提升了11.4%;FSSW-B中搅拌针的存在增加了接头疲劳性能的分散性。     

5A06铝合金回填式搅拌摩擦点焊工艺

为了研究不同工艺参数(搅拌工具旋转速度,扎入时间和回填时间)对5A06铝合金薄板回填式搅拌摩擦点焊搭接接头的影响,设计了正交试验,并对接头进行微观组织观察及力学性能测试,确定影响因子的主次和最优工艺参数。最后发现对接头强度影响的主次顺序为:回填时间,旋转速度和扎入时间。最优工艺参数是回填时间1s,转速1500r/min,扎入时间2s,最优接头的抗拉剪载荷为11.683kN。     

5A06铝合金非填充式搅拌摩擦点焊显微组织及力学性能分析

对5A06铝合金进行了非填充式搅拌摩擦点焊连接,对接头进行了显微组织、显微硬度、剪切拉伸和十字拉伸测试。研究结果表明,接头显微组织可分为搅拌区、热机影响区、热影响区及母材,在搅拌区内形成了极为细小的等轴晶;上下板的硬度变化趋势基本一致,搅拌区的硬度高于其它三个区;焊点的抗剪性能和正拉性能随搅拌工具的转速呈增大的趋势,当搅拌工具转速为2 000 r/min、停留时间为5 s、搅拌针压入深度为2.4 min时,抗剪载荷达到最大值4 270 N,塑性位移为0.966 6 mm,正拉载荷为1 646 N。由此可以看出,转速对于提高点焊接头性能起到决定性作用。     

6061铝合金搅拌摩擦焊沟槽及隧道缺陷补焊工艺研究

搅拌摩擦焊焊接过程中,因焊接参数选取不当或设备稳定性不足时,焊接接头中就会产生沟槽、隧道等缺陷。文中选用6061铝合金车体材料,采用不同工艺对沟槽、隧道缺陷进行补焊,并对补焊后接头的组织性能进行分析。结果表明,采用TIG+FSW(friction stir welding,搅拌摩擦焊)或TIG+FSSW(Friction stir spot welding,搅拌摩擦点焊)焊接工艺可以对沟槽、隧道等缺陷实现补焊。且补焊后可以得到焊接变形小、强度高、塑性好的接头,不同的补焊工艺对接头的组织和硬度影响不大。     

2024铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头组织和性能研究

通过选用不同材质的搅拌头进行2024铝合金回填式搅拌摩擦点焊,并分析了不同工艺参数对接头宏观形貌以及微观组织的影响,得出H13钢搅拌头最适用于2024铝合金的回填式搅拌摩擦点焊。在有效工艺范围内,搅拌针转速越高,焊核区晶粒越细化;焊接时间变长,金属流动越充分,等轴晶粒得到细化;接头显微硬度以焊点为中心呈W形对称分布,焊点中心位置硬度相对均匀且较高。     

异种铝合金回填式搅拌摩擦点焊的组织与性能

选用6061-T6与7075-T6铝合金为研究对象,研究异种合金回填式搅拌摩擦点焊接头的组织和拉剪性能. 将7075铝合金作为上板,主要讨论套筒下扎深度对接头成形和性能的影响. 结果表明,当套筒刚扎透上板时,接头内部无缺陷产生. 随着套筒下扎深度的增大,接头内部会出现孔洞、撕裂和未充分回填等缺陷. 当使用较小的套筒扎入量时,决定接头性能的关键位置,即钩状缺陷处和焊点中心搭接面处的结合情况良好. 接头的断裂载荷随着套筒下扎深度的增大先增大后减小,最大载荷在深度为3.4 mm时达到7 236 N.     

转速对2060铝锂合金RFSSW接头成形及拉剪性能的影响

以2060铝锂合金为研究对象，进行了回填式搅拌摩擦点焊试验，研究了不同转速下接头内部成形及其与拉伸性能的关系. 结果表明，点焊接头在不同转速下出现了未完全回填缺陷、孔洞缺陷及向下弯曲的钩状结构. 未完全回填缺陷与孔洞缺陷在低转速与高转速下易出现，钩状结构向下弯曲且随转速的增加其高度先增加再减小. 拉剪载荷随转速的提高先增加再降低；在转速为2 200 r/min时，接头拉剪载荷达到9 800 N. 拉剪试样的断裂方式均为剪切断裂，断裂位置可分为三类:沿搭接界面断裂、沿套筒作用区底部断裂及沿包含两者的混合断裂.     

2A12铝合金回填式搅拌摩擦点焊的工艺研究

采用回填式搅拌摩擦点焊(RFSSW)对上下板厚度分别为1.5 mm和2 mm的包铝2A12(LY12)铝合金进行焊接,主要对比套筒下扎式和搅拌针下扎式RFSSW接头组织与性能的不同。试验结果表明:工艺参数选择不当时,2种下扎方式分别产生位于热机影响区/焊核区(TMAZ/WZ)界面和WZ中心的未充分回填缺陷。虽然呈现同种断裂方式,套筒下扎式RFSSW接头因更宽的搭接区面积而拉剪强度更高。除此之外,套筒下扎式RFSSW接头WZ的硬度也更高。     

Al-Mg合金填充式搅拌摩擦点焊性能

为了确定Al-Mg铝合金填充式搅拌摩擦点焊性能,以Al-Mg铝合金中2 mm的5A06为研究对象,对填充式搅拌摩擦点焊接头进行了剪切拉伸、十字形拉伸、显微组织和疲劳性能等测试,并建立了焊点组织区模型.结果表明,接头显微组织可以分为焊核区、热影响区、热力影响区和母材区部分;旋转频率为2000 r/min时,剪切载荷均值7865 MPa,十字形拉伸载荷均值3480 N;通过SEM和OM分析,点焊接头疲劳裂纹均起始于上下板结合面的焊点边缘,该区域的环沟槽、孔洞及包铝层等缺陷和应力集中是造成疲劳破坏的主要原因.     

回填时间对RFSSW接头断裂行为的影响

为研究回填时间对回填式搅拌摩擦点焊接头断裂模式和断裂机理的影响,对上下板厚度分别为1.5 mm和2 mm的LY12铝合金板材进行了点焊试验,并对焊后接头进行拉剪试验.结果表明,当回填时间较短时,套筒作用区与热力影响区间界面上的原子扩散效果差,甚至在近表面附近出现开裂,导致接头的剪切-塞型断裂.当回填时间足够长时,焊接接头的断裂模式转化为剪切断裂,裂纹主要沿着上下板搭接面扩展.同时,显微结构、硬度与断口形貌的试验结果验证了文中对断裂机制的解释.     

Microstructures and mechanical properties of friction spot welded Alclad 7B04-T74 aluminium alloy

Two millimetre thick Alclad 7B04-T74 aluminium alloy was friction spot welded at different tool rotation speeds. The weld formation, Alclad redistribution, microstructures and mechanical properties of the joints were investigated. The results indicate that inappropriate tool rotation speeds can give rise to weld defects, such as annular groove, void and surface concavity. After welding, the original surface Alclad is redistributed as a U shaped Alclad layer in the weld. When the tool rotation speed is relatively high, eutectic films can be observed in the stir zone, and the Alclad layer in the weld is a preferred crack propagation path during tensile shear testing. The optimised joint with a tensile shear failure load of 11?921 N can be obtained at a tool rotation speed of 1500 rev min^?1.     

LY12铝合金摩擦点焊工艺及力学性能

摩擦点焊是在搅拌摩擦焊基础上开发的一种新型固态连接技术.针对2 mm厚的LY12铝合金,研究了摩擦点焊过程中的焊接工艺参数对焊点成形及力学性能的影响.结果表明,当焊接时间一定,搅拌头旋转速度较高时,焊点的表面成形较好;随着搅拌头旋转速度的降低,焊点的表面成形逐渐变差.焊点的抗剪载荷随搅拌头旋转速度增加呈现出先增大后减小的趋势,当搅拌头旋转速度为950 r/min、焊接时间为8 s时,焊点的抗剪载荷达到最大值,为9.33 kN/点.焊点横截面的显微硬度测试结果表明,显微硬度沿匙孔中心呈高-低-较高-低-高的"W"形分布,最小值出现在热影响区,塑性区的显微硬度较高,但略小于母材.     

工艺参数对复合搅拌摩擦点焊接头力学性能的影响

采用LF21铝合金研究了复合搅拌摩擦焊时焊接工艺参数(旋转速度、旋转半径)对焊接接头力学性能的影响.结果表明,当其它焊接参数一定时,焊点的力学性能随着搅拌头旋转速度的增加而增加,当搅拌头的旋转速度增加到1 200 r/min时,焊点的剪切力达到最大值为3.47 kN,随着搅拌头旋转速度的进一步增加,焊点的力学性能开始降低.改变旋转半径,焊点的力学性能随着旋转半径的增加而增加,当旋转半径达到0.5 mm时,焊点的剪切力达到最大值为3.47 kN,然后,随着旋转半径的继续增加,焊点的力学性能开始降低.LF21铝合金的复合搅拌摩擦点焊焊点的微观组织与直插式搅拌摩擦点焊不同的是,在塑性环的边上形成了一个由第二层塑性环形成的"耳朵形"区域.     

铝合金回填式搅拌摩擦点焊组织及力学性能分析

采用回填式搅拌摩擦点焊技术对7075-T6铝合金进行了点焊试验.对接头进行了显微组织、显微硬度、剪切和十字形拉伸测试.结果表明,接头显微组织可分为焊核区、热力影响区、热影响区及母材;在焊缝中发现了钩状缺陷、孔洞、未焊合、未完全回填及粘连韧带等缺陷;焊缝区显微硬度呈W形分布,焊点中心呈V形分布;在旋转频率为1 400 r/min,焊接时间为4s时,接头的抗剪强度达到最大值125.6 MPa,为母材强度的39.6％;接头的十字形拉伸载荷随工艺参数的变化规律比较复杂,最大十字形拉伸强度可达43.9 MPa.     

1561铝合金搅拌摩擦焊接过程压力特征及接头组织性能分析

采用恒压力控制方式对4 mm厚1561新型高镁铝合金板材进行了搅拌摩擦焊接试验，并对焊接过程中搅拌头压力特征、接头微观组织以及力学性能进行了研究. 结果表明，焊接下扎阶段下压力呈先上升后下降再上升的趋势. 稳定焊接阶段，由于材料力学性能的周期性变化导致下压力呈近似正弦周期性变化. 固定焊接速度为200 mm/min，当转速低于800 r/min或高于1 800 r/min时，焊缝产生孔洞缺陷. 当转速超过1 000 r/min时，搅拌区产生"S"线. 接头抗拉强度在低转速时主要受接头金属强度影响，高转速时主要受"S"线分布特征影响. 随搅拌头转速的增加，接头抗拉强度先上升后下降.     

Development of processing windows for friction stir spot welding of aluminium Al5052 /copper C27200 dissimilar materials

Friction stir spot welding technique was used to join dissimilar combinations of aluminium alloy (Al5052) with copper alloy (C27200) and friction stir spot welding windows such as tool rotational speed–dwell time and tool rotational speed–plunge depth diagrams for effective joining of these materials were developed. Using a central composite design model, empirical relations were developed to predict the changes in tensile shear failure load values and interface hardness of the joints with three process parameters such as tool rotational speed, plunge depth and dwell time. The adequacy of the developed model was verified using ANOVA analysis at 95% confidence level. Response surface methodology was used to optimize the developed model to maximize tensile strength and minimize interface hardness. A high tensile shear failure load value of 3850 N and low interface hardness value of HV 81 was observed for joints made under optimum conditions, and validation experiments confirmed the high predictability of the developed model with error less than 2%. The operating windows developed shall act as reference maps for future design engineers in choosing appropriate friction stir spot welding process parameter values to obtain good joints.     

基于响应面法的钛铝异种金属搅拌摩擦点焊工艺参数优化

为同时满足减轻质量和降低成本的需求,钛/铝复合结构具有很好的应用前景,但由于钛合金与铝合金之间的物化性能差异巨大,采用传统焊接方式很难形成可靠的连接,而搅拌摩擦点焊技术在连接异种金属方面优势明显,目前针对钛/铝合金的搅拌摩擦点焊研究较少.因此采用回填式搅拌摩擦点焊对2 mm厚的TC4钛合金和6061铝合金进行点焊试验,...     

ABS塑料与6082铝合金搅拌摩擦点焊工艺及机理

针对2 mm厚的ABS塑料板和6082-T6铝合金进行搅拌摩擦点焊可焊性试验,并将成形较好的试件的横截面的形貌进行了观察分析,并对其进行力学性能的测试.结果表明,将铝合金板放在上,塑料板放在下的搭接方式可以实现良好的连接;最优工艺参数为搅拌头旋转速度为400 r/min,焊接时间为30 s,所得焊接接头的抗拉剪载荷最大为3.31 kN;点焊接头有两种断裂模式.