基于主成分及灰色关联度分析的5083铝合金FSW接头工艺参数优化

针对铝合金搅拌摩擦焊接工艺参数优化问题，对5083铝合金板材进行研究，开展其在不同搅拌摩擦焊工艺参数下的力学性能探索，运用主成分分析和灰色关联度分析法对试验结果进行探索，得出焊接接头最优工艺参数，并建立基于GRG的工艺参数二阶预测模型.结果表明，均值极差法得出最优工艺参数组合为转速1 400 r/min，焊接速度1 mm/s，下压量0.3 mm，接头抗拉强度最大达到225.5 MPa，达到了母材的95.4%，失效位移为10.6 mm.在试验工艺参数范围内，影响接头抗拉强度的主要因素次序为下压量、焊接速度、转速；模型预测值与计算值无显著差异，回归模型与试验数据的吻合度好，说明预测模型可靠度高，此回归模型可作为其预测模型.     

6061铝合金接头成形质量及性能与搅拌摩擦焊工艺参数关系的研究

针对3 mm厚6061铝合金板,进行搅拌摩擦焊工艺参数对接头成形质量与性能的方向研究。轴肩下压量主要影响接头成形,搅拌头转速和焊接速度主要影响接头质量,通过改变上述一次参数,观察并分析接头成形和抗拉强度的变化情况。结果表明,当轴肩下压量为0.2 mm时,焊缝表面成形好、缺陷少且抗拉强度高;搅拌头转速较高或焊接速度较低时,焊缝表面成形好、强度高且鱼鳞状纹路稳定、明显;当搅拌头转数为950 r/min、焊接速度为37.5 mm/min时,焊接接头成形好、抗拉强度最大,并且只有在搅拌头转速与焊接速度相匹配的条件下,才能获得高抗拉强度的焊接接头。     

基于田口法的高硅铝合金超高旋转速度搅拌摩擦焊接工艺优化

超高旋转速度搅拌摩擦焊借助超高旋转速度摩擦热量实现了薄板高硅铝合金的连接,这一方法大大降低了搅拌摩擦焊接的轴向力,减小了焊接变形,对焊接薄板铝合金具有独特的优势。文中以焊缝成形质量和焊接接头抗拉强度作为响应值,基于田口法对影响焊接质量的主要焊接工艺参数(旋转速度、焊接速度和下压量)进行试验设计,优化高硅铝合金超高旋转速度搅拌摩擦焊工艺。结果表明,焊接速度和下压量是显著影响因素,最优焊接工艺参数焊接速度为60 cm/min,旋转速度为14 000 r/min,下压量为1.8 mm。这一工艺条件下高硅铝合金超高旋转速度搅拌摩擦焊接接头的最大抗拉强度为129 MPa,达到母材高硅铝合金抗拉强度的97%。     

AZ31B镁合金搅拌摩擦焊工艺优化

采用搅拌摩擦焊(FSW)对AZ31B及加0.5%Ce的AZ3IB镁合金板材进行焊接试验.通过正交试验对FSW焊接工艺参数进行了优化.对于AZ31B镁合金,FSW最佳工艺方案为:轴肩下压量0.19mm,转速1400r/min,焊速40mm/min;对于添加0.5%Ce的AZ31B镁合金,FSW焊接的最佳工艺方案为:轴肩下压量0.17mm,焊速40mm/min,转速1300r/min.对加0.5%Ce的AZ31B镁合金FSW正交试验分析得出的最佳方案进行了验证,结果表明,焊接接头的拉伸强度为250.76MPa,延伸率为8.56%,断裂位置为热影响区.     

基于田口法的高硅铝合金超高旋转速度搅拌摩擦焊接工艺优化

超高旋转速度搅拌摩擦焊借助超高旋转速度摩擦热量实现了薄板高硅铝合金的连接,这一方法大大降低了搅拌摩擦焊接的轴向力,减小了焊接变形,对焊接薄板铝合金具有独特的优势。文中以焊缝成形质量和焊接接头抗拉强度作为响应值,基于田口法对影响焊接质量的主要焊接工艺参数(旋转速度、焊接速度和下压量)进行试验设计,优化高硅铝合金超高旋转速度搅拌摩擦焊工艺。结果表明,焊接速度和下压量是显著影响因素,最优焊接工艺参数焊接速度为60 cm/min,旋转速度为14 000 r/min,下压量为1.8 mm。这一工艺条件下高硅铝合金超高旋转速度搅拌摩擦焊接接头的最大抗拉强度为129 MPa,达到母材高硅铝合金抗拉强度的97%。     

基于遗传算法及神经网络的6005A-T6铝合金FSW工艺参数优化

基于BP神经网络优异的非线性映射能力,选取转速、焊速和下压量三种工艺参数作为输入变量,对6005A-T6铝合金FSW工艺建立神经网络模型。将满足预测精度的BP神经网络与可进行全局寻优的遗传算法相结合,对三种工艺参数进行优化。取可执行最优解转速1545 r/min、焊速226 mm/min和下压量0.1 mm进行试验验证,接头抗拉强度达到457.77 MPa,预测值与试验值的百分比误差在可接受范围内。     

基于正交试验的SiCp/ZL101与ZL101铝合金板材搅拌摩擦搭焊工艺优化

采用搅拌摩擦搭焊(FSLW)将SiC_p/ZL101复合材料与ZL101铝合金板材进行焊接以制备新型耐磨复合材料。以搅拌针工艺倾角、搅拌针转速、轴肩下压量、焊接速度为变量,抗剪强度、抗拉强度作为参考指标,研究了FSLW焊接SiC_p/ZL101复合材料与ZL101铝合金的工艺参数。首先进行单因素试验,确定各控制变量的取值范围,再进行4因素3水平正交试验。结果表明,通过正交极差分析工艺参数对参考指标的影响,发现工艺参数影响的主次顺序为：搅拌针转速>搅拌针工艺倾角>轴肩下压量>焊接速度。正交试验得到的最佳工艺参数是搅拌针转速为375 r/min、搅拌针工艺倾角为3.5°、轴肩下压量为0.15 mm、焊接速度为35.5 mm/min,在该工艺参数组合下制备的焊接件综合性能理想。     

铝合金无减薄搅拌摩擦焊工艺优化及特征分析

为提高无减薄搅拌摩擦焊接头力学性能,基于响应面法对参数进行优化,建立了响应面模型,并对模型进行回归分析. 结果表明,无减薄搅拌摩擦焊是成形优良的焊接工艺,而且焊接参数对接头拉伸性能影响明显,其中主轴转速及焊接速度对其影响更为显著. 在无缺陷条件下,提高主轴转速的同时选取适中的焊接速度,以得到性能更优的焊接接头. 焊接参数为主轴转速1 000 r/min,焊接速度200 mm/min、轴肩下压量0.25 mm时,接头的抗拉强度最大为363 MPa,为母材的94.3%,断后伸长率11.2%. 而且相比于常规搅拌摩擦焊,无减薄搅拌摩擦焊在厚度方向上的性能更加均匀.     

焊接参数对7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能的影响

使用搅拌摩擦焊(FSW)设备,采用不同搅拌针转速和焊速对厚6 mm的7075高强铝合金平板进行对接试验,并对不同焊接工艺下的接头进行微观组织观察和力学性能测试。研究结果表明:7075铝合金FSW接头由焊核区(WNZ)、热机影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)及母材区(BMZ)组成;随着搅拌针转速的增大,接头中焊核区的晶粒越大;随着焊速的增大,接头中焊核区晶粒越细小;不同工艺参数下的FSW接头显微硬度分布曲线都呈W形。随着转速的提高和焊速的减小,接头显微硬度升高,但波动范围较小;随着转速和焊速的提高,接头抗拉强度先降低后提高;转速为400 r/min,焊速为120 mm/min时,接头抗拉强度最高,为417 MPa,是厚6 mm的7075铝合金FSW最佳的工艺参数。     

异种铝合金搅拌摩擦焊工艺研究

以厚度为5 mm的铸造铝合金ZL114和变形铝合金6061为研究对象进行搅拌摩擦焊对接试验,设计正交试验研究了焊接参数对ZL114/6061异种铝合金搅拌摩擦焊接头形貌和力学性能的影响。结果表明,搅拌头转速对焊接接头强度影响最大,搅拌头行走速度次之,下压量影响最小。当搅拌头转速为1 200 r/min、行走速度为200 mm/s、下压量为0.1 mm时可获得较好焊接接头性能,接头平均抗拉强度为285 MPa,达到母材强度的89%以上,接头伸长率为9.17%,达到母材伸长率的54%以上;焊核区晶粒呈细小分布,热力影响区晶粒呈细长分布,硬度最低。焊接接头拉伸断裂形式呈现韧-脆混合断裂。     

7B04高强铝合金搅拌摩擦焊搭接接头界面成形与力学性能

为了研究7B04高强铝合金搅拌摩擦焊搭接接头的界面成形与力学性能,对2 mm厚薄板搭接接头进行了不同工艺参数的搅拌摩擦焊接。试验结果表明:当旋转速度和轴肩下压量不变,焊接速度在50~300 mm/min之间变化时,接头的抗拉强度先增后减;当旋转速度和焊接速度不变,轴肩下压量在0.1~0.4 mm之间变化时,接头的抗拉强度逐渐增大;当焊接速度和轴肩下压量不变,旋转速度在400~1000 r/min之间变化时,接头的抗拉强度先增后减。当旋转速度为600 r/min、焊接速度为200 mm/min、轴肩下压量为0.3 mm时,接头强度最高。     

铜铝异种金属搅拌摩擦焊工艺研究

对2 mm厚的纯铝板和紫铜板的搭接接头的搅拌摩擦焊进行试验研究,分析了工艺参数对焊接质量的影响。结果表明:在试验条件下,焊接速度为60 mm/min、搅拌头旋转速度为700 r/min、下压量为2. 80 mm时,焊接接头抗拉强度达到最大值(96 N/mm2),其为铝母材强度的78%,焊接接头成形良好,无明显缺陷。     

非铁金属的焊接

7050-T7451铝合金的搅拌摩擦焊接试验分析 在不同焊接参数下进行了7050-T7451铝合金的搅拌摩擦焊试验,对接头显微组织进行了光学和TEM分析．并测试了接头的抗拉强度和硬度分布。焊接工艺参数通过影响接头微观组织和焊接缺陷来影响接头的力学性能,在转速800r／min和焊速200mm／min的情况下,接头的抗拉强度最高达到母材强度的88％。     

非铁金属的焊接

7050-T7451铝合金的搅拌摩擦焊接试验分析 在不同焊接参数下进行了7050-T7451铝合金的搅拌摩擦焊试验,对接头显微组织进行了光学和TEM分析．并测试了接头的抗拉强度和硬度分布。焊接工艺参数通过影响接头微观组织和焊接缺陷来影响接头的力学性能,在转速800r／min和焊速200mm／min的情况下,接头的抗拉强度最高达到母材强度的88％。     

重复搅拌对2024铝合金无倾角搅拌摩擦搭接焊的影响

对5 mm厚的2024铝合金板材进行了无倾角搅拌摩擦搭接试验,研究搅拌工具转速、焊接速度、下压量对焊接质量的影响,并优化了工艺参数。采用优化后工艺进行重复搅拌试验,研究重复搅拌消除缺陷的作用原理,并分析了焊道微观组织。结果表明,搅拌工具转速、焊接速度对焊接质量的影响较为显著,参数在转速1000 r/min,焊接速度300 mm/min时取得较好的焊接效果,与此值偏差越大焊接质量越差。下压量对焊接质量的影响较小。在转速1000r/min、焊接速度300 mm/min、下压量0.2 mm下进行重复搅拌,可实现无缺陷焊接;搅拌后核心区和轴肩影响区组织平均晶粒尺寸远小于母材组织。     

5A02铝合金搅拌摩擦焊焊接接头性能试验

5A02铝合金在一定的工艺参数下,以转速为800 r/min和焊速120 mm/min进行搅拌摩擦焊接,经试验测得接头的抗拉强度最高达到母材强度的91.21％,焊缝中无任何焊接缺陷,焊接接头完全能满足产品的技术要求.     

基于正交试验的2024-T4铝合金超声辅助搅拌摩擦焊的研究

采用正交试验研究了超声辅助搅拌摩擦焊工艺参数对1.8 mm厚的2024-T4铝合金板接头组织与力学性能的影响。结果表明:焊接速度对接头抗拉强度的影响最大,而旋转速度和超声频率的作用依次减弱;采用最优参数焊接,即当转速为1600 r/min、焊速为240 mm/min、频率为25 k Hz时,其接头的抗拉强度可达397 MPa,比搅拌摩擦焊强度提高了6%。通过对比焊缝宏观及微观纹理、力学性能、金相组织和显微硬度等,均发现超声搅拌摩擦焊焊缝性能要优于搅拌摩擦焊。     

基于响应面法7A52高强铝合金FSW接头抗拉强度预测及优化

为了研究7A52铝合金搅拌摩擦焊的焊接速度、搅拌头转速及轴肩压深对接头抗拉强度的影响,采用响应面法的中心复合试验设计法设计20组试验,并建立抗拉强度响应函数关系式. 为了验证响应函数关系式的精确性,通过方差分析和回归分析确定该回归模型为显性,相关性系数R2的偏差为3.17%. 通过单一焊接参数因素和双因素焊接参数对抗拉强度的影响分析,进一步验证了模型的准确性,最后通过拉伸试验验证. 结果表明,基于响应面法拟合的搅拌摩擦焊焊接速度、搅拌头转速及轴肩压深与接头抗拉强度响应函数关系式能精确的预算不同焊接参数组合所对应的接头抗拉强度,并获得接头最佳参数组合为焊接速度110 mm/min、搅拌头转速1 436 r/min和轴肩压深0.55 mm,得到最大预测抗拉强度为380 MPa.     

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。     

搅拌摩擦焊工艺参数窗口的建立与接头性能

搅拌摩擦焊的工艺参数对焊缝的表面成形和接头性能有着决定性的影响.以3mm铝合金2024板材对接焊为代表,通过大量的工艺参数试验,考查了多种焊接参数组合下的焊接接头质量,并在此基础上建立了工艺参数窗口.结果表明,在转速375～475r/min,焊接速度150～235mm/min的工艺参数窗口内,接头可以获得母材80%以上的抗拉强度.通过对拉伸断口的显微分析,发现靠搅拌区上方的材料塑性较好,搅拌区底部材料抗变形能力较差,接头区沿厚度方向分层严重.