世界级先进焊接技术——双轴肩搅拌摩擦焊技术

“搅拌摩擦焊技术”被誉为21世纪最具革命性的焊接技术,历经二十多年的技术研发和工程化推广,已经在国内外各丁业领域得到了广泛应用。在其基础上发展起来的双轴肩搅拌摩擦焊技术,针对薄壁结构、中空结构及其他复杂结构．有着更为显著的技术优势,为搅拌摩擦焊技术注入了新的活力。在陔技术的基础上,     

铝合金双轴肩搅拌摩擦焊过程材料流动行为

由于下轴肩的引入,双轴肩搅拌摩擦焊(BT-FSW)过程中的材料流动行为较常规搅拌摩擦焊更为剧烈和复杂,显著影响接头力学性能.以2219铝合金为研究对象,基于耦合欧拉-拉格朗日方法建立了BT-FSW过程三维热力耦合模型,并利用示踪粒子技术分析了焊接过程中材料的流动行为.结果表明,BT-FSW过程中的材料流动存在不同时性,...     

搅拌摩擦焊最新技术突破——无轴肩搅拌摩擦焊技术研究

2002年，中国第一家专业化搅拌摩擦焊技术授权公司——中国搅拌摩擦焊中心即北京赛福斯特技术有限公司成立，标志着搅拌摩擦焊技术在中国市场（包括香港、澳门和台湾）的研发及工程应用工作的正式启动。     

2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊工艺及工程应用

针对5.4 mm厚度2219铝合金,开展了浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接试验及工程化应用研究,采用低转速、高焊速的工艺参数,获得了成形美观、性能优良的焊接接头。焊缝超声相控阵检测及X射线检测均满足航天行业相关标准一级焊缝的要求,接头平均抗拉强度达到了母材性能的70%以上,断后伸长率达到6.5%以上。焊接接头均为45°剪切韧性断裂,塑性良好。整个焊缝截面呈上、下宽,中间窄的细腰形,焊缝两侧热力影响区为抛物线轮廓,未出现焊核凸出现象。在前期大量试验验证的基础上,率先实现了该技术在运载火箭贮箱焊接生产上的工程化应用,成功完成了某型号燃料贮箱筒段纵缝的焊接,焊缝顺利通过了常温液压及液氮低温试验考核。     

2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊工艺及工程应用

针对5.4 mm厚度2219铝合金,开展了浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接试验及工程化应用研究,采用低转速、高焊速的工艺参数,获得了成形美观、性能优良的焊接接头。焊缝超声相控阵检测及X射线检测均满足航天行业相关标准一级焊缝的要求,接头平均抗拉强度达到了母材性能的70%以上,断后伸长率达到6.5%以上。焊接接头均为45°剪切韧性断裂,塑性良好。整个焊缝截面呈上、下宽,中间窄的细腰形,焊缝两侧热力影响区为抛物线轮廓,未出现焊核凸出现象。在前期大量试验验证的基础上,率先实现了该技术在运载火箭贮箱焊接生产上的工程化应用,成功完成了某型号燃料贮箱筒段纵缝的焊接,焊缝顺利通过了常温液压及液氮低温试验考核。     

LF21铝合金双轴肩搅拌摩擦焊组织与性能

利用光学显微镜、扫面电子显微镜、显微硬度仪、拉伸试验机等方法,分析6 mm厚LF21铝合金单道对接双轴肩搅拌摩擦焊焊焊缝的微观组织、力学性能、缺陷成因。实验结果表明,转速1 200 r/min、焊接速度100 mm/min时可以获得较好的焊接性能;焊缝组织呈不完全对称的沙漏状;焊缝硬度在焊缝两侧的热影响区处发生不对称的软化,前进侧组织析出相发生了明显的长大现象;抗拉强度达到103.25 MPa,焊接强度系数为基材强度的70.4%,接头断口形貌呈典型的韧性断裂。     

厚板双轴肩搅拌摩擦焊温度场及流场数值模拟

针对30 mm厚5A06铝合金双轴肩搅拌摩擦焊的焊接过程,建立温度场及流场的数值模型,计算两种搅拌工具作用下的温度场及流场分布情况。模拟结果发现,双轴肩搅拌摩擦焊接过程中,双轴肩搅拌摩擦焊温度场靠近轴肩区域的温度高,沿板厚中心方向温度逐渐降低,呈哑铃状分布,后退侧温度高于前进侧温度;采用锥形搅拌针焊接时的焊缝温度高于圆柱形搅拌针作用的焊缝。流动场模拟结果表明,工件上、下表面轴肩作用范围内的材料流动最为剧烈,工件内部材料流动相对较弱,采用平行槽结构的搅拌针材料呈横向流动规律,而螺纹结构的搅拌针作用下材料流动较紊乱,材料流动情况与两种搅拌工具作用下的焊缝形貌吻合较好。     

双轴肩搅拌摩擦焊技术在铝合金车体制造中的应用发展

针对双轴肩搅拌摩擦焊技术特点进行介绍,对双轴肩搅拌摩擦焊在铝合金车体制造中的应用现状进行了分析,并提出了由传统搅拌摩擦焊技术衍生出的新型搅拌摩擦焊技术在轨道车辆制造行业的未来发展趋势和应用对象。采用双轴肩搅拌摩擦焊工艺成为国内外的又一个研究热点,加快搅拌摩擦焊技术在铝合金车体应用对提高国内轨道车辆制造水平至关重要。     

铝合金搅拌摩擦焊研究现状

搅拌摩擦焊具有熔化焊接无法比拟的优点,因此铝合金搅拌摩擦焊引起国内外学者的广泛关注。本文主要介绍了搅拌摩擦焊的工作原理和接头性能影响因素,详细介绍了国内外铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织、接头力学性能和塑性流动机理以及搅拌摩擦焊焊接缺陷修补技术,指出了在塑型金属流动方面存在的不足,还需要进一步研究焊接接头质量的评定方法和搅拌摩擦焊接头缺陷的修补技术。     

搅拌摩擦焊及其研究现状

搅拌摩擦焊是20世纪90年代初发明的一种固相连接技术，可以焊接通常 熔焊方法难以焊接的铝合金、钛合金等，并且具有一系列独特的优点，介绍了搅拌摩擦焊的工艺过程，分析了搅拌摩擦焊的特点、焊缝组织和性能以及影响搅拌摩擦焊的因素，综述了搅拌摩擦焊的国内外研究现状。     

双轴肩搅拌摩擦焊对7075铝合金组织和性能的影响

对7075铝合金双轴肩搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)焊缝的组织、力学性能和电化学腐蚀性能进行研究。结果表明:焊缝区从内到外依次为焊核区、热机影响区、热影响区和母材区,焊核区为细小的等轴晶组织,热机影响区为粗大的变形组织,热影响区为粗化的母材条带组织;由于晶粒的细化和机械加工硬化作用,整个区域硬度明显提高,但由于焊核后退侧存在不均匀的"混晶"组织,导致焊缝强度无明显提高,抗拉强度仅为267.84 MPa;垂直于焊缝方向表面的耐腐蚀性能优于平行于焊缝方向的表面,但焊缝区的耐腐蚀性能比母材差。     

6mm厚6061-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊工艺方法研究

针对6 mm厚6061-T6铝合金板材,设计制造了不同结构形式和尺寸规格的双轴肩搅拌摩擦焊工具,并对搅拌摩擦焊工具的结构形式和尺寸规格对焊接过程及焊接接头质量的影响进行了系统的分析研究：设计制造了两体式和三体式双轴肩搅拌摩擦焊工具,并对两种结构形式进行分析;设计制造了环状轴肩和凹面轴肩,通过焊接工艺试验得知凹面轴肩焊缝成形性优于环状轴肩;设计制造了正-反螺纹搅拌针、正螺纹搅拌针、整圆柱搅拌针和圆柱铣扁搅拌针;圆柱铣扁搅拌针焊缝焊接质量优于其他三种结构形式的搅拌针。采用凹面轴肩和圆柱铣扁搅拌针组装成的搅拌头,对6 mm厚6061-T6铝合金板材进行焊接,在主轴转速为800 r/min、焊接速度为150 mm/min工艺参数下,焊接接头得到最大抗拉强度值为220MPa,达到母材抗拉强度（315 MPa）的70%。     

CR400BF型高速动车组双轴肩搅拌摩擦焊部件质量提升

采用双轴肩搅拌摩擦焊工艺对中国标准化动车组铝合金车体前端底板进行焊接.在前端底板生产中,焊接一次合格率(相控阵超声检测)低于50％,严重影响焊接质量及交车进度.针对上述问题对焊接缺陷进行研究,使用ABAQUS模拟孔洞型缺陷的形成机理,发现在合适的工艺参数下可以避免孔洞型缺陷的产生.采用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)对正常断裂和异常断裂的"?之?"形线进行研究,探讨了两类断裂中"?之?"形线的来源以及形成机理.通过将原有"?三棱锥?"形状的搅拌针改为"?正反双螺旋?"形状的搅拌针,并系统改进焊接工艺,焊接一次合格率达到了100％.     

CR400BF型高速动车组双轴肩搅拌摩擦焊部件质量提升

采用双轴肩搅拌摩擦焊工艺对中国标准化动车组铝合金车体前端底板进行焊接.在前端底板生产中,焊接一次合格率(相控阵超声检测)低于50％,严重影响焊接质量及交车进度.针对上述问题对焊接缺陷进行研究,使用ABAQUS模拟孔洞型缺陷的形成机理,发现在合适的工艺参数下可以避免孔洞型缺陷的产生.采用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)对正常断裂和异常断裂的"?之?"形线进行研究,探讨了两类断裂中"?之?"形线的来源以及形成机理.通过将原有"?三棱锥?"形状的搅拌针改为"?正反双螺旋?"形状的搅拌针,并系统改进焊接工艺,焊接一次合格率达到了100％.     

2A14铝合金双轴肩搅拌摩擦焊的温度场模拟及测定

采用自适应的热源模型,利用msc·marc模拟了6 mm 2A14铝合金的双轴肩搅拌摩擦焊温度场。随后对模拟所得的温度场进行了试验验证,在相同的工艺参数下测量了焊接过程中距焊缝不同位置处的热循环曲线和峰值温度。对比结果表明:该模型能准确地模拟双轴肩搅拌摩擦焊接过程中的温度分布情况。     

铸造镁合金搅拌摩擦焊技术的研究现状

简要介绍了搅拌摩擦焊(FSW)的基本原理,并对几种常用的铸造镁合金FSW进行了以下几方面综述:工艺因素对焊缝成型的影响,接头的微观组织,以及接头的显微硬度、屈服强度、抗拉强度与母材的对比,焊缝断口的位置以及断口形貌.最后指出了FSW工艺在铸造镁合金应用上的局限性.     

6061铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接扭矩特征

为了揭示6061铝合金BTFSW过程中焊接扭矩的特征,对扭矩进行了检测,分析了扭矩信号的频谱特征、扭矩峰值的变化特点、扭矩振荡与焊缝表面成形的关系.研究表明扭矩具有周期性,主要频率接近于2倍主轴旋转频率值,频差的存在说明了焊接区域存在搅拌头与不同速率的金属流之间挤压摩擦的叠加行为;当接触点温度小于500℃时,扭矩峰值随着焊接速度的提高而变大,随着旋转速度的提高而变小;正常较小的扭矩振荡不影响表面成形,但当接触点温度大于550℃、上下轴肩间距过小或焊接速度过小或旋转速度过大等时,扭矩易发生异常振荡.对进一步揭示深入研究BTFSW焊接机理、搅拌头三维受力特征及其与焊接参数、焊接质量的关系有着重要的推动意义.     

单面双轴肩搅拌摩擦焊接的数值模拟

基于任意拉格朗日欧拉网格技术建立了单面双轴肩和传统单面单轴肩搅拌摩擦焊接的数值模型,与通过Zener-Hollomon参数的晶粒预测模型结合,利用基于对数应变的等效应变率和截面峰值温度,计算了两种搅拌头作用下的焊缝截面晶粒尺寸。通过与试验数据和试验规律的对比,验证了模型的有效性。与传统单面单轴肩搅拌摩擦焊接过程的对比发现,采用单面双轴肩搅拌头,相同工况下平均晶粒尺寸下降,细晶有利于强化,因此,采用单面双轴肩搅拌头有利于得到性能更好的接头;采用单面双轴肩搅拌头,相同工况下平均晶粒尺寸的标准差减小,说明采用单面双轴肩搅拌头可以进一步提高焊缝截面不同部分的力学性能的均匀性。     

铝合金搅拌摩擦焊的研究现状

铝合金具有比强度高、塑性好,良好的耐蚀性和成形加工性等优点,被广泛应用于航空航天、船舶、轨道交通、汽车、兵器工业等领域。在铝合金构件的成型过程中,材料的连接是重要的加工环节。采用传统焊接工艺易形成气孔和发生变形,影响铝合金构件的服役安全。摩擦搅拌焊技术可以实现铝合金的有效、可靠连接,获得的接头平整、残余应力低、力学性能优良,构件变形小。本文综述了铝合金同种及异种材料的摩擦搅拌焊研究现状。     

6063铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头组织性能研究

进行了3 mm厚6063-T4铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接。结果表明,当搅拌头转速为600 r/min,焊速在100～300 mm/min的范围内,可获得表面成形美观、内部无缺陷的优质接头。在接头搅拌区内,上、中、下各层硬度分布较为均匀,在热机影响区及热影响区内,上、下层硬度值高于中间层。热机影响区靠近搅拌区的位置以及热机影响区与热影响区的交界处为接头的两个薄弱位置。随着焊接速度的增加,接头各区域硬度值以及抗拉强度有着先增大后减小的趋势,所得最优接头抗拉强度为174 MPa,达到母材的87%,断裂位置位于热影响区。