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。     

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。     

铝合金搅拌摩擦焊接头组织热稳定性

在焊后热处理过程中,搅拌摩擦焊接头焊核区细小的再结晶晶粒在高温下极不稳定,很容易发生晶粒异常长大降低接头性能。研究2024铝合金和7075-2024异质铝合金搅拌摩擦焊接头组织热稳定性,结果发现：增大搅拌头转速、降低焊速有利于提高接头组织热稳定性,接头焊核区晶粒尺寸差异越小,第二相粒子尺寸越小,密度越大,接头组织热稳定性越好;降低固溶温度或缩短固溶时间可以降低晶粒异常长大程度,但接头力学性能将发生下降。对于3 mm厚2024铝合金搅拌摩擦焊接头,在ω=2 500 r/min, v=20 mm/min的焊接参数下,495℃-30 min固溶处理后接头无明显晶粒异常长大现象。对于1.5 mm厚7075-2024异质铝合金搅拌摩擦焊接头,在ω=2 500 r/min, v=50 mm/min的焊接参数下,450℃-20 min固溶处理后接头晶粒异常长大基本得到控制,接头强度达到母材的90%。研究结果表明优化焊接工艺参数和焊后热处理工艺参数能获得较好的晶粒异常长大抑制效果,为铝合金搅拌摩擦焊接头组织性能调控提供参考。     

2219铝合金搅拌摩擦焊工艺及接头性能

采用搅拌摩擦焊方法对6 mm厚的2219铝合金板进行焊接,研究了2219铝合金的搅拌摩擦焊工艺和主要焊接参数对焊缝成形和接头力学性能的影响.结果表明:在旋转速度1250～1400 r·min-1,焊接速度100～140 mm·min-1时,可获得性能良好的焊接接头;对2219铝合金搅拌摩擦焊接后再固溶时效处理可有效消除接头软化区,提高接头强度.     

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。     

2524-T3铆接接头与搅拌摩擦焊接接头疲劳性能对比研究

通过2524-T3铝合金的搅拌摩擦焊接头疲劳性能对比试验,得到了母材、FSW对接接头、铆钉连接接头的疲劳S-N曲线。试验表明,搅拌摩擦焊的疲劳裂纹大多数起源于焊缝底部;2524-T3材料薄板的疲劳性能略好于厚板的疲劳性能;搅拌摩擦焊接头疲劳性能要明显好于铆接接头疲劳性能。拟合得到了各种不同厚度,不同应力比下的S-N曲线公式,为搅拌摩擦焊技术应用于飞机结构积累了相关数据。     

2195铝锂合金火箭贮箱焊接接头强度分析

为确定火箭贮箱搅拌摩擦焊(FSW)焊接接头疲劳寿命,完成对贮箱结构的疲劳分析,对2195铝锂合金母材标准试件与搅拌摩擦焊焊接接头标准试验件进行静力试验与常幅疲劳试验,得出母材与FSW焊接接头的拉伸强度等力学性能参数,同时绘制其S-N曲线。在试验数据基础上,应用ABAQUS软件对贮箱进行静力分析,联合NCODE软件估算贮箱模型在给定工况载荷下的疲劳寿命。结果表明：应力最严重位置为筒段焊缝处,最先破坏位置发生在筒段横竖焊缝交接处。在疲劳寿命分析的基础上应用ABAQUS-FRANC3D软件联合仿真,在焊缝破坏位置处插入角裂纹,模拟三维裂纹扩展,当裂纹扩展为穿透裂纹时,计算终止。计算了三维表面裂纹的应力强度因子和裂纹扩展寿命,为贮箱损伤容限提供了评估思路。     

搅拌针几何形态对无倾角搅拌摩擦焊焊缝成形的影响及其机制分析

无倾角搅拌摩擦焊工艺是保障平面二维及空间三维复杂焊缝焊接质量的关键技术。分别采用含有光面搅拌针、光面带切台搅拌针和螺纹带切台搅拌针的焊具进行无倾角焊接试验,对比研究焊缝形貌、缺陷分布和接头性能,以期阐明搅拌针几何形态对无倾角搅拌摩擦焊焊缝的影响及其机制,从而为无倾角搅拌摩擦焊工艺的高质量应用奠定技术基础。试验结果表明,在无倾角焊接条件下,光面搅拌针容易导致焊缝根部出现孔洞缺陷,难以形成优质接头;带切台搅拌针增强了焊缝中上部材料的塑性流动,由此间接促进了焊缝根部匙孔的填充,在较低焊速下可以获得无缺陷接头;搅拌针螺纹结构直接增强了焊缝根部材料的塑性流动,因而能在更宽的参数范围内形成无缺陷接头。与光面搅拌针相比,搅拌针切台结构增大了接头软化区宽度,提高了焊缝上部的软化程度,所得无缺陷接头的抗拉强度最高可达母材的86%。对比而言,在带切台搅拌针上进一步加工螺纹能够降低焊接热软化效应,减小软化区宽度并提高焊核区硬度,接头最高强度系数由此增大到了90%。     

2A14厚板铝合金SSFSW角焊缝接头组织及性能

采用自主研制搅拌针长度为8.5mm的静止轴肩搅拌工具和2A14-T4厚板铝合金进行150°角焊缝接头静止轴肩搅拌摩擦焊工艺试验,探讨焊接工艺参数对接头组织和力学性能的影响规律。结果表明:在500~700r/min主轴转速与40~100mm/min焊接速度范围内均可获得表面光滑无内部缺陷的角焊缝接头,其外观尺寸可精确控制基本无残余焊接角变形。焊缝区主要由焊核(Stir zone,SZ)组成,SZ形状类似搅拌针圆锥台状或椭圆状、其宽度沿厚度方向分布比较均匀;热力影响区(Thermal mechanical affected zone,TMAZ)及热影响区(Heat affected zone,HAZ)宽度明显较小。焊缝区硬度分布具有明显不均匀特征,最薄弱区位于TMAZ与HAZ的交界处。主轴转速变化对焊缝区平均硬度影响较小,但随着焊接速度增加其平均硬度明显增大。角焊缝前进侧等效拉伸强度大于后退侧,等效拉伸强度随转速增加而减小,焊速的增大而增大。在500r/min-100mm/min焊接工艺下所得到的接头等效拉伸强度最高,可达到母材的79.24%。在拉-剪复合承载模式下,角焊缝拉伸试样宏观塑性变形很小呈现脆性断裂特征。     

搅拌摩擦焊多平面搅拌头对材料流动行为的影响

与传统熔化焊相比,搅拌摩擦焊(Frictionstirwelding, FSW)因温度梯度较小,可以减少焊接裂纹和残余变形,是一种极具前途的铝合金固相焊接方法。相同焊接工艺参数下,搅拌头是影响焊接热输入和材料流动的主要因素之一,决定焊缝的组织与性能。基于固体力学有限元法和A7N01铝合金材料本构方程,建立基于Deform软件搅拌摩擦焊刚黏塑性仿真模型,并通过焊接试验的测温曲线和试验缺陷完成了模型验证,对比分析了圆台、三平面、四平面搅拌头平面对搅拌摩擦焊稳态焊接阶段的温度场、峰值温度曲线和材料流动行为的影响。结果表明,多平面搅拌头的焊接热输入高于圆台搅拌头,在材料塑性流动范围、流动均匀性和有效焊缝等指标方面优于圆台搅拌头。搅拌头的平面特征在材料流动过程中能够起到明显的挤压作用,从而细化焊缝区的晶粒,提高焊接接头的力学性能。基于仿真和试验结果分析,揭示了焊接犁沟缺陷的成因,并提出了预防措施。     

锻造ZK60镁合金的搅拌摩擦焊工艺

采用搅拌摩擦焊焊接工艺对4 mm厚的锻造ZK60镁合金板进行了焊接试验,研究了搅拌头轴肩尺寸、旋转速度及焊接速度等对焊缝质量及接头抗拉强度的影响,并得到了较佳焊接工艺参数。结果表明:在其他条件一定时,焊接接头的抗拉强度随搅拌速度的增加而增大,随焊接速度的增加而先增大后减小;当搅拌头轴肩直径为15 mm、旋转速度为1 170 r.min-1,焊接速度为36 mm.min-1时,所得焊缝表面光滑,无裂纹、孔洞、疏松及未焊透等缺陷,接头的抗拉强度最大,为271.2 MPa,约为母材的85%。     

搅拌摩擦焊工艺参数对2198铝锂合金焊缝成形及接头力学性能的影响

对2198铝锂合金薄板进行了搅拌摩擦焊试验,分析了搅拌头旋转速度和焊接速度对焊缝成形及接头力学性能的影响。结果表明:旋转速度(n)与焊接速度(v)的比值大于15.7时,能形成表面成形良好,且内部致密无缺陷的焊缝;接头焊核区形成了细小的等轴晶,前进侧热力影响区大部分为等轴状晶粒,后退侧热力影响区的板条状组织发生了变形,其周围出现了细晶粒;焊接速度为30mm·min-1时,接头的抗拉强度随旋转速度的增大而变小,其最大值为432.17MPa,焊缝的硬度低于母材的,热力影响区的硬度最低,焊核区的硬度略高于热力影响区的。随着n/v的增大,热影响区的软化区间变宽。     

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。     

数控激光焊接汽车用高强钢焊缝质量的研究

讨论了数控激光焊接高强钢材料焊接质量的影响因素,利用正交法优化设计试验,并对焊接试件进行拉伸力学性能试验,焊缝金相组织和显微硬度试验,焊接接头SEM分析,焊缝盐水腐蚀试验等多种焊缝质量的检测.同时分析了高强钢焊缝质量常见缺陷,并给出了一套可以有效控制焊接高强钢加工质量的优化工艺参数.     

摩擦焊工艺参数对焊接接头性能影响的正交分析

采用正交试验设计的方法得出,摩擦焊工艺参数中对接头抗拉强度的影响的顺序是摩擦压力、顶锻压力、摩擦时间.为在生产实际中制定摩擦焊接工艺规范提供了重要的参考依据.     

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。     

固溶处理对7B04-O铝合金搅拌摩擦焊接接头微观组织与力学性能的影响

对航空用3 mm厚的带有包铝层的7B04-O铝合金板材进行搅拌摩擦焊接(Friction stir welding,FSW),研究固溶处理对搅拌摩擦焊接接头的微观组织和力学性能的影响。结果表明,当转速为800 r/min、焊接速度为200 mm/min、焊接工具轴肩直径为12 mm时,可得到表面美观、致密无缺陷的搅拌摩擦焊接接头。焊核区发生动态再结晶,形成细小的等轴晶。经固溶处理后,焊核的上部及底部晶粒都发生了异常长大,而中部区域晶粒仍然为细小的等轴晶组织。焊态接头的拉伸试样断裂在母材位置,抗拉强度达到199 MPa,与退火态母材抗拉强度相当,断后伸长率达到12%。在新淬火状态下,接头的抗拉强度为310 MPa,为相同热处理母材的91.4%,断后伸长率为11.2%,试样断裂在焊核区,呈不完全的韧性断裂。     

搅拌摩擦焊焊接温度数值模型及其影响因素

通过对搅拌摩擦焊过程进入稳定状态后摩擦产热与散热机制的分析,建立了搅拌摩擦焊焊接温度的数值模型。由数值模型可知,影响焊接温度的各种因素包括被焊材料和搅拌工具材料的物理性质、两者之间的摩擦因数、搅拌工具的尺寸、焊接参数、被焊材料表面受到的轴向压力和侧面受到的进给压力等,有些因素之间还互相影响,关系复杂。其中,搅拌工具的旋转速度、搅拌工具与被焊材料之间的摩擦因数、被焊材料表面受到的轴向压力及侧面受到的进给压力是主要因素。以聚氯乙稀板材搅拌摩擦焊为例,验证了在适当的取值范围内焊接温度数学模型的理论计算值与实测值基本吻合。