7075铝合金高速搅拌摩擦焊材料流动行为及性能研究

目的 针对7075–O铝合金高焊速、高转速搅拌摩擦焊接缺陷多、质量差等问题,研究焊接接头材料流动对焊缝性能的影响。方法 选用焊接速度1 000 mm/min,搅拌转速分别为1 000、1 200、1 600、1 700 r/min的条件对7075–O铝合金板进行搅拌摩擦焊接,分析不同焊接工艺参数下焊接接头的显微组织及力学性能。同时,利用Fluent软件模拟7075–O铝合金搅拌摩擦焊接过程中的材料流动场分布,分析焊接材料流动与缺陷形成的关系。结果 利用7075–O铝合金三维流动模型,预测出高焊速条件下焊缝前进侧形成一个低压区,孔洞等缺陷易出现在此区域,数值模拟预测与试验结果吻合。在高焊接速度1 000 mm/min、焊接转速1 200 r/min时,焊缝表面光滑平整,焊核区域的硬度分布更加均匀。结论 随着搅拌转速从1 000 r/min增大到1 700 r/min,热输入量逐渐增大,孔洞缺陷由隧道型孔洞转变为不连续的小孔。同时,随着搅拌转速的增大,焊缝高硬度区域的宽度先增大而后降低。当搅拌转速为1 200 r/min时得到了优质的焊接接头,焊缝焊核区硬度分布均匀,硬度值最高为176HV。     

镁合金高转速搅拌摩擦焊工艺研究

目的 研究镁合金高转速搅拌摩擦焊工艺及其对组织与性能的影响规律。方法 采用光学显微镜观察以及拉伸性能测试等方法,探索了1.5 mm厚AZ31B镁合金高转速搅拌摩擦焊接工艺,对其接头组织与力学性能进行了测试分析。结果 采用6000 r/min转速时,随着焊速从600 mm/min降低至100 mm/min,焊接接头隧道型孔洞缺陷消失;采用600 mm/min焊速时,2000~4000 r/min转速范围内可获得无缺陷的接头。拉伸测试结果表明,6000 r/min-100 mm/min焊接工艺下接头的拉伸性能最优,抗拉强度为235.33 MPa,为母材强度的87.92%。结论 镁合金采用高转速搅拌摩擦工艺可获得无缺陷的焊接接头,且采用高转速匹配低焊速的工艺可使接头的拉伸性能得到提升。     

6061铝合金无倾角搅拌摩擦焊工艺及性能

目的 为了适应空间曲面构件的搅拌摩擦焊,开展6061铝合金无倾角搅拌摩擦焊工艺及性能的研究。方法 采用无倾角搅拌摩擦焊用的搅拌头,对5 mm厚6061-T6铝合金板材进行试验,研究焊缝成形及接头力学性能,并分析接头组织特征。结果 零倾角搅拌摩擦焊接头从组织上可区分为5个不同区域：焊核区(WNZ)、热力影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)、轴肩影响区(SAZ)和母材(BM);随着搅拌头转速增加,焊缝宽度和焊核尺寸均先变大后变小;随焊接速度增加,焊缝宽度和焊核尺寸均逐渐变小;当焊接速度固定时,随搅拌头转速增加,接头拉伸强度先增加后减小;当搅拌头转速固定时,随焊接速度增加,接头拉伸强度逐渐增大。结论 采用无倾角搅拌摩擦焊接方法,能够实现对5 mm厚6061-T6铝合金板材的有效焊接。     

铝合金薄板搭接高速 FSW 缺陷及断裂行为

目的 为了拓展搅拌摩擦焊技术应用,对薄板搭接结构高速搅拌摩擦焊工艺优化与工程应用提供 借鉴与指导。方法 采用圆锥无螺纹搅拌针,进行了 6061 铝合金薄板搭接高速搅拌摩擦焊接,对接头界 面缺陷及其断裂模式进行分析,探讨了转速对 6061 铝合金薄板搭接接头成形及性能的影响规律。结果 发现在无螺纹圆锥搅拌针、高转速（6000~9000 r/min）条件下,接头塑性金属在后退侧易形成飞边流出, 导致下板前进侧出现孔洞缺陷,且随转速增大,界面缺陷尺寸逐渐增大,当转速达到 10 000 r/min 时, 孔洞尺寸有所减小,此时接头拉剪强度最高,为 123 MPa。对试样拉剪断裂位置分析发现,高速搭接接 头断裂位置主要有两种,分别断裂在结合界面处或在前进侧下板,且转速在 9000 r/min 以上越趋向于在 结合界面断裂。结论 高转速搭接焊接必须协调轴肩相貌、焊接工装约束等条件,保证接头塑性金属充 分流动而不流失,才能获得成形良好无缺陷的接头。     

2195铝锂合金超声振动辅助搅拌摩擦焊接工艺研究

采用新型超声振动辅助搅拌摩擦焊接设备实现了4 mm厚的2195铝锂合金轧制板的焊接,比较和分析了施加超声对焊缝宏观金相组织、显微硬度与接头拉伸性能的影响,研究了工艺参数对铝锂合金超声振动辅助搅拌摩擦焊缝成形及接头力学性能的影响规律.结果表明:在相同工艺参数条件下,施加超声振动能量能够改善2195铝锂合金搅拌摩擦焊接成形性,促使焊核区塑性材料流动增强,同时减少甚至消除常规搅拌摩擦焊接头内部的孔洞缺陷;在焊缝的上部及中部,由于超声的作用,焊核区的显微硬度得以提高,而焊缝底部变化不大;接头的断口均呈现出韧性断裂模式,施加超声振动能量后的接头的伸长率得以提高,其断口韧窝更加细小均匀;在所研究的工艺参数范围内,接头的最高抗拉强度为282.8 MPa,最大伸长率为11.5％.在转速为600 r/min,焊接速率为225 mm/min条件下,施加超声使接头抗拉强度提高了17.5 MPa,伸长率提高了3.7％.     

铝合金厚板静止轴肩搅拌摩擦焊接头组织及性能

采用8.5 mm厚度2A14-T4铝合金和自主研制搅拌工具进行静止轴肩搅拌摩擦焊（stationary shoulder friction stir welding,SSFSW）实验,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：只有在低转速工艺参数范围内（转速ω=400~600 r/min与焊接速率v=60~120 mm/min）可获得焊缝表面光滑、无缺陷厚板铝合金SSFSW焊接接头。SSFSW焊缝区主要由焊核区（NZ）组成,周围热力影响区（TMAZ）及热影响区（HAZ）宽度明显减小,焊核区与搅拌针形状类似且由两种不同尺寸细小等轴晶构成,前进侧NZ晶粒比后退侧NZ更为细小。接头显微硬度呈"W"状分布,NZ硬度值可达到母材硬度80%~90%,TMAZ与HAZ交界处存在软化区,硬度最低为母材硬度72%左右。在给定ω=500 r/min,v=140 mm/min焊接参数下,SSFSW接头抗拉强度可达到母材的88%,断裂位置多位于后退侧TMAZ与HAZ交界处软化区,具有韧性断裂特征。     

转速对水下搅拌摩擦焊接7A04-T6铝合金组织与性能的影响

对7A04-T6铝合金板进行水下搅拌摩擦焊接(FSW),研究转速对水下FSW接头组织和力学性能的影响。结果表明:水下FSW接头的硬度最小值均位于热机械影响区。高转速条件下(950r/min)接头的硬度分布呈现"W"形,焊核区平均硬度值高于低转速条件下(475,600,750r/min)接头的硬度值。当焊速恒定为235mm/min,转速从475r/min提高到750r/min时,接头焊核区的析出相随转速的增大逐渐粗化,接头抗拉强度系数从89.71%降低到82.33%;当转速升高到950r/min时,析出相发生固溶时效,呈现细小弥散的分布特征,接头的强度系数提高到89.04%。接头具有较高的应变硬化能力,塑性伸长率较高。水下FSW接头的拉伸断口均呈现微孔聚合和解理混合断裂特征。     

转速对6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的影响

目的 研究不同转速条件下6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的变化规律,为工程实践应用提供参考。方法 在不同旋转速度（800、1 200、1 500 r/min）下对4 mm厚的6061铝合金进行搅拌摩擦搭接焊实验,固定进给速度和轴肩下压量,研究搅拌头转速对接头宏观组织、微观组织和力学性能的影响。结果 所有接头均没有出现明显缺陷,当转速为1 500 r/min时,搅拌区晶粒尺寸细化明显,最大失效载荷达到母材的75%,上板和下板的硬度曲线都呈“W”形;当转速为800 r/min和1 200 r/min时,下板硬度曲线呈“V”形。随着转速的增大,有效搭接宽度逐渐增大,接头的平均拉剪强度也在增大,所有接头都在前进侧断裂,断裂形式均为拉伸断裂。结论 转速的提升增加了焊接热输入量和机械搅拌作用,促进了有效搭接宽度的增大和晶粒尺寸的细化,但未能改变钩状缺陷的形成及延伸方向。当转速为1500r/min时,热输入量较大,搅拌区范围相对较大,下板存在更大面积的搅拌区,其硬度规律与上板的相似。所有接头均为拉伸断裂,断裂位置在热影响区附近,说明搭接接头连接良好。     

基于CEL方法的搅拌摩擦焊6061铝合金温度场研究

目的研究搅拌摩擦焊接过程中焊接件温度场分布规律及工具头旋转速度对焊接件温度升高和温度场分布的影响规律。方法基于耦合欧拉–拉格朗日（CEL）方法,采用Johnson–Cook本构模型、温度相关的热机械物理参数、经典库仑定律和质量缩放技术,建立搅拌摩擦焊三维热力耦合有限元模型,模拟6061铝合金在不同旋转速度下的搅拌摩擦焊接过程,并进行分析比较。通过侧边打孔将热电偶埋入焊件,从而获取工件特定采样点的温度数据,对模拟结果的准确性进行验证。结果 焊缝返回侧的温度高于前进侧,工具头后方温度高于前方;焊接区域的温度随着下扎深度的增加而升高;最高温度出现在下扎结束阶段,而焊接阶段最高温度略有下降并且保持稳定;当转速从500 r/min增大到1 000 r/min时,焊缝中心峰值温度从337.4℃升高到496.5℃。特定测温点的模拟温度与热电偶实测数据吻合较好,最大误差不超过20%。模拟焊缝与实际焊缝宏观相貌吻合良好,特别是焊缝返回侧的飞边。结论 高温区域主要分布在焊缝返回侧的工具头后方;工具头转速控制温度的变化,所有焊接阶段的温度随转速的增大而升高,且高温区域扩大。     

搅拌头转速对YL113压铸铝合金FSW接头组织性能的影响

对4 mm厚的压铸态YL113铝合金进行了搅拌摩擦焊工艺试验研究,采用OM、SEM/EDS、XRD、万能拉伸试验机等分析研究了搅拌头转速对接头的微观组织和力学性能的影响。结果表明,当焊接速度为40 mm/min时,搅拌头转速在700~1 500 r/min范围内均可获得成形良好、无外观缺陷的焊缝,焊缝截面呈倒梯形,前进侧有明显分界线,而后退侧分界线模糊。热影响区保持铸态的枝晶形貌,但晶粒有一定程度的长大。热机影响区组织呈带状并遗传了母材组织的孔洞缺陷,其中前进侧的孔洞呈纤维状,其数量和尺寸随搅拌头转速增加而增加;后退侧除转速700 r/min时出现类裂纹状缺陷外,其余转速均有大尺寸孔洞缺陷出现,且数量和尺寸随搅拌头转速增加而增加。焊核区为典型变形组织,Si和其他第二相均呈细小颗粒状弥散分布。随搅拌头转速增加,焊接接头抗拉强度和伸长率均呈先增后减的规律,搅拌头转速为900 r/min时,抗拉强度和伸长率均达到最大值。     

旋转速度与焊接速度对铝铜异种材料搅拌摩擦焊接头成形的影响

目的为了获得较好的铝铜异种材料搅拌摩擦焊焊缝,研究旋转速度与焊接速度对焊缝成形的影响规律。方法采用对接的方式对4mm厚的纯铝和紫铜进行搅拌摩擦焊,对比了不同旋转速度和焊接速度对铝铜异种金属焊缝表面的影响,并对焊缝内部成形变化进行了分析。结果旋转速度和焊接速度对焊缝的成形影响较大,当旋转速度为1200 r/min,焊接速度为10 mm/min时,焊缝表面成形美观,焊缝表面相对较为光滑,焊缝内部存在相互交叠的片层结构和漩涡状结构,焊缝内部未见明显缺陷;与旋转速度1200 r/min,焊接速度10mm/min相比,在焊接旋转速度减小或者焊接速度变大时,由于焊接热输入减小,造成焊缝表面出现沟槽、孔洞等焊接缺陷,同时搅拌针的旋转搅拌作用影响焊缝成形和焊缝内部缺陷的产生。结论选择合适的旋转速度和焊接速度能够获得宏观成形较好和内部缺陷较少的焊缝。     

船用5083铝合金厚板搅拌摩擦焊接工艺研究

研究了30 mm厚铝合金5083板材双面对接焊不同焊接速度和旋转速度的焊接参数组合对焊接接头成型质量及力学性能的影响,结果表明,当焊接参数处于旋转速度为400 r/min~600 r/min,焊接速度为80mm/min~120 mm/min的工艺参数窗口内时,可以获得焊缝成型质量与抗拉性能优异的焊缝。     

焊接速度对Mg/Cu异种合金搅拌摩擦焊接接头成形的影响

目的研究不同焊接速度条件下镁铜异种合金搅拌摩擦焊接接头的成形规律。方法在保证其他焊接工艺相同的条件下,通过改变焊接速度,比较分析了焊接速度对接头的表面成形、横截面形貌特征、微观结构及力学性能的影响规律。结果随着焊接速度从118 mm/min减小至95 mm/min时,焊缝表面成形变得更光滑,飞边显著减少,内部孔洞缺陷消失,焊缝成形质量显著提高;但继续减小焊接速度至75 mm/min时,焊缝内部却再次出现孔洞缺陷。结论采用工艺参数为950 r/min的旋转速度、95 mm/min的焊接速度焊接时,焊缝成形质量最高;中心混合区主要由层片状铜合金、颗粒状镁合金和金属间化合物Mg2Cu组成;接头抗拉强度最大,达81.5 MPa。     

Effect of Process Parameters on Tensile Strength of Friction Stir Welded Cast LM6 Aluminium Alloy Joints

This paper reports the effect of friction stir welding(FSW)process parameters on tensile strength of cast LM6 aluminium alloy.Joints were made by using dierent combinations of tool rotation speed,welding speed and axial force each at four levels.The quality of weld zone was investigated using macrostructure and microstructure analysis.Tensile strength of the joints were evaluated and correlated with the weld zone hardness and microstructure.The joint fabricated using a rotational speed of 900 r/min,a weldin...     

5052/6061异种铝合金薄板搅拌摩擦焊接工艺研究

目的 研究焊接速度、搅拌头旋转速度和下压量对异种铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能的影响,找出最佳工艺参数,从而进一步提高接头的力学性能。方法 采用正交实验法对1.5 mm厚5052/6061异种铝合金搅拌摩擦焊接进行实验设计,焊接完成后,观察焊缝宏观形貌,然后将试件制成标准拉伸试样进行拉伸实验,拉伸实验完成后用扫描电镜观察焊接接头的断口形貌,最后运用极差分析法和方差分析法分别对实验结果进行分析。结果 在选取的工艺参数范围内,搅拌头旋转速度影响最大,其次是焊接速度,下压量影响最小。当焊接速度为120 mm/min、转速为1 400 r/min、下压量为1.5 mm时,接头抗拉强度达到了最大值194 MPa,伸长率也达到了最大值9.62%。结论 在一定工艺参数范围内,提高焊接速度或搅拌头的旋转速度能显著提高接头的力学性能,而下压量对接头力学性能影响不显著。     

焊接速度对 7A52 铝合金 FSW 组织及力学性能的影响

目的在保证搅拌速度一定时,针对8 mm厚的7A52铝合金,在不同焊接速度下采用搅拌摩擦焊(FSW)进行焊接试验,研究其焊接接头的显微组织及力学性能。方法利用搅拌摩擦焊机进行对接焊接,焊后制取金相试样观察焊接接头宏观形貌和显微组织,并测定其力学性能。结果7A52铝合金FSW焊接接头焊核区的面积随着焊接速度的增大而增大,当焊接速度为250mm/min时,焊接接头的焊核区面积最大,焊核区的显微组织都为细小的等轴晶,焊接接头横截面的焊核区呈明显"洋葱环"的形貌,而热力影响区的结构特征则呈现出了较高的塑性变形流线层。焊接接头显微硬度分布都呈现出"W"形变化,在焊接速度为150 mm/min时,焊接接头的平均抗拉强度能达到452 MPa,达到了母材抗拉强度的89%。结论通过对不同焊接速度下7A52铝合金FSW焊接接头的组织和性能进行研究,得到了不同焊接速度下焊接接头组织和力学性能。     

焊速对水下搅拌摩擦焊接7A04铝合金组织性能的影响

对7A04-T6铝合金板进行了水下搅拌摩擦焊接(Submerged friction stir welding,SFSW),研究了焊速对焊接接头组织和力学性能的影响。结果表明:采用SFSW成功实现了7A04铝合金的连接,晶粒细化和细小、弥散分布的析出相有效减弱了焊接热软化效应。当旋转速度恒定为950r/min,焊速从95mm/min增大到235mm/min时,接头焊核区的晶粒和析出相随着焊速的增大逐渐细化,抗拉强度系数从84.5%升高到89.0%。不同焊速条件下,拉伸断口均呈现微孔聚合和解理混合断裂特征。     

基于响应面法的5052铝合金搅拌摩擦焊接工艺参数研究

目的 建立搅拌摩擦焊接工艺参数与焊接接头抗拉强度之间关系的响应曲面模型,并依此模型研究焊接工艺参数变化对接头抗拉强度所产生的影响,得到最佳工艺参数,提高焊接接头强度。方法 以5052-H112铝合金为研究对象,基于响应面法优化设计试验方法,以转速、焊接速度、轴肩压入深度为因素,焊接接头的抗拉强度为响应值设计试验,建立对应的响应函数与回归模型,对模型进行方差分析,根据模型得到最佳工艺参数值,并与试验结果作比较。结果 成功建立了响应模型,在分析模型和试验验证后发现,在选定的工艺参数范围内,当转速为737 r/min、焊接速度为60 mm/min、轴肩压入深度为0.3mm时,接头抗拉强度达到最优值227MPa。结论 通过响应面分析得到,转速和焊接速度对抗拉强度的影响最大,且两者交互作用显著,在给定范围内随着转速和焊接速度的提高,抗拉强度增大至峰值后下降,轴肩压入深度单独对接头抗拉强度的影响较小,其与转速交互影响显著。通过响应曲面法优化后的焊接工艺参数明显提高了5052-H112铝合金搅拌摩擦焊焊接头抗拉强度。