聚合物及其复合材料搅拌摩擦焊/处理的研究现状

搅拌摩擦焊/处理(Friction Stir Welding/Processing,FSW/P)涉及温度、力学、冶金及其相互作用的高度复杂的固相连接和处理过程,已被广泛用于焊接铝合金、钛合金和其他熔焊难以焊接的金属。近年来,国内外学者提出FSW可实现聚合物及其复合材料的连接。综述了聚合物及其复合材料FSW国内外研究现状,主要涉及FSW焊缝成形、组织和性能、材料流动行为以及FSW/P新技术,并在此基础上提出了FSW/P基础研究和工程应用方向。     

Enlarged-end tool for friction stir lap welding towards hook defect controlling

Hook defect is one of the trickiest issues for friction stir lap welding,which remains to be resolved.In this study,a designed pin with an enlarged-end was proposed to control the interfacial hook defect by optimizing its morphology orientation.The insert aduncous structure at the advancing side is dissected by multilayer metallographic observation,which is the main character to terminate the inner-ward extension of the hook.The application of this tool was verified practical with a varied plunge depth of pin into the lower plate from 0.1 mm to 1.6 mm.The angle of the hook was small and terminated at the insert-structure or oriented toward the material convergence region.No joint fractured along the hook line and the highest joint efficiency reached 86%of the parent 6082-T4 aluminum alloy.     

铝/钢搅拌摩擦焊金属间化合物调控研究进展

铝/钢异种金属的可靠连接是汽车行业实现轻质节能设计的重要途径. 铝和钢的热物理性能和化学性能差异大，采用固相焊方法连接较为适宜. 搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)具有热输入低、高温停留时间短和焊接变形小等特点，在连接铝/钢异种金属上具有较大的优势和潜力. 铝/钢异种金属FSW高质量的核心技术之一为界面金属间化合物的调控. 基于铝/钢FSW固相连接机制，文中从焊接参数(焊接速度、焊具转速、偏移量、倾斜角和下压量)、焊具结构(搅拌针形貌、螺纹及锥角)和中间层(铝和锌等)设计等方面对界面金属间化合物调控的研究现状进行了综述，并围绕接头承载能力的提升总结了铝/钢FSW新技术(匙孔填充、自铆接及外源辅助FSW)，并进一步展望了铝/钢FSW的发展趋势.     

摩擦增材辅助Ti/Al搅拌摩擦搭接接头特征分析

为解决Ti/Al异种材料搅拌摩擦焊接接头强度低、搅拌针磨损等问题,提出一种摩擦增材辅助搅拌摩擦搭接焊(friction addition-friction stir lap welding, FA-FSLW)技术. 该新工艺延续了固相连接的优势,具有热输入量低、界面金属间化合物薄等特点.文中研究了以6082铝合金作预沉积层辅助实现3 mm厚2A12铝合金板与4 mm厚TC4钛合金板之间的连接,焊接过程中搅拌头扎入铝沉积层而不接触钛表面,得到抗拉载荷最大为12.2 kN的接头.结果表明, FA-FSLW复合焊接头的界面迁移越大,接头承载越小.同时,发现界面处的Ti, Al元素发生了明显互扩散,Si元素在界面偏聚,与Ti, Al元素发生冶金反应后形成层状纳米级Ti-Al-Si金属间化合物,为提高接头强度奠定基础.     

对接间隙对双轴肩搅拌摩擦焊接头成形与性能的影响

利用双轴肩搅拌摩擦焊能够成功实现铝合金中空及密闭结构的焊接,但在实际焊接过程中由于板材制造精度误差或装配间隙等问题会降低接头的成形和力学性能。针对该问题,文中研究了0～1.0 mm的对接间隙对4.0 mm厚6082-T6双轴肩搅拌摩擦焊接头成形和力学性能的影响。结果表明,随着对接间隙的增加,上下轴肩之间的金属难以完全填充焊缝,在“挤压-抽吸”作用下,下轴肩作用区容易产生孔洞缺陷,降低焊接接头的力学性能。当搅拌头旋转速度为700 r/min、焊接速度为300 mm/min、对接间隙为0～0.3 mm时焊接接头成形和力学性能较好。     

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。     

2195铝锂合金焊接缺陷固相准等强修复技术

针对2195铝锂合金搅拌摩擦焊(Friction stir welding, FSW)焊后匙孔缺陷,采用填充式搅拌摩擦焊(Filling friction stir welding, FFSW)开展固相准等强修复。该方法热输入低,界面处材料相互挤压,摩擦充足,材料流动混合充分,界面结合质量高。结果表明,通过额外填充棒的引入,匙孔缺陷得到有效填充,且搅拌摩擦处理有利于对修复区域的二次顶锻,促进修复界面的冶金结合效果。通过焊接工艺参数优化,当旋转速度为1 600 r/min时,修复后接头的抗拉强度为358.1 MPa,达到了优质FSW接头的90.7%;断后伸长率为3.17%,达到了优质FSW接头的90.6%,实现了2195铝锂合金的固相准等强修复。     

等离子体浸没离子注入(PIII)过程中初始离子阵鞘层尺度内各物理量的时空演化

等离子体浸没离子注入(PIII)是用于材料表面改性的一种较新的、廉价的、非视线的技术.靶体被浸没在等离子体中,等离子体中的离子在靶体负脉冲偏压的作用下注入靶体而实现材料的表面改性.为了描述等离子体浸没离子注入过程,我们引用了一维粒子模型(PIC)对其进行了数值模拟,该模型通过求解空间电势的Poisson方程,电子的Bolzmann分布以及离子在网格中受力运动的Newton运动方程来完成.本文重点研究了一个初始离子阵鞘层内电势、离子浓度、离子注入靶体的速度和动能以及离子流密度的时空演化规律.     

基于搅拌摩擦焊接固有模式的创新性技术

搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，FSW）涉及温度、力学、冶金及其相互作用，具有温度低、塑性变形剧烈、接头质量高等特点，为近二十多年来具有重大技术突破的绿色焊接技术。为了进一步拓宽其在制造领域的应用，需突破FSW固有模式的技术壁垒，同时探索异种材料高可靠及高质量连接方法。基于焊缝减薄、匙孔和缺陷近等强修复、背部支撑以及异种材料（异种金属及金属与聚合物等）高质量焊接等基本问题，总结了FSW创新性技术。FSW创新性技术对改善其接头成形、实现高可靠连接及拓展工程适用性具有重要的指导意义。     

镁合金表面搅拌摩擦原位复合材料化的新方法

为了解决搅拌摩擦加工在进行复合材料制备过程中增强相需预置,及在基体中分布不均的问题,提出表面搅拌摩擦原位复合材料化的新方法.利用搅拌头在轧制态AZ31镁合金板材上进行表面复合材料制备,并对制备的复合材料进行显微观察、微观硬度测试、表面耐磨度测试.结果表明,相较于预置搅拌摩擦加工制备复合材料的方法,文中方法能够使增强相在基体中分布更加弥散、均匀,从而进一步提高复合材料层的显微硬度,以及材料表面的耐磨度,同时简化了搅拌摩擦加工制备复合材料的工艺过程.