铝合金搅拌摩擦点焊接头力学性能数值模拟

针对铝合金搅拌摩擦点焊工艺,通过实验测试,确定了点焊接头各组织形态和材料属性,建立了接头拉剪力学性能的数值模拟分析模型,获得了拉剪载荷作用下点焊接头的应力分布与变形规律,揭示了接头失效过程.研究结果可为铝合金搅拌摩擦点焊接头拉剪力学性能的分析与评价提供参考.     

铝合金低旋转速度回填式搅拌摩擦点焊接头组织及力学性能

采用低旋转速度制备1.5 mm厚 5182-O铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头,并通过正交试验法对其表面成形、剪切拉伸、十字拉伸和疲劳性能进行分析,探究低旋转速度下5182-O铝合金点焊接头的综合性能。结果表明,焊接时间6.5 s、旋转速度1 000 r/min、下扎深度1.9 mm为最佳焊接参数;接头剪切拉伸力和十字拉伸力分别为6.62 kN和3.67 kN;疲劳寿命N为1×106时,疲劳极限载荷 F为1 108 N;点焊接头剪切拉伸失效于上下板间的热机影响区,裂纹沿上板厚度方向扩展;接头疲劳显微裂纹同时起源于上下两板靠近载荷一侧,低旋转速度下热输入较低,氧化物不均匀性是裂纹源产生的主要原因。     

铝合金回填式搅拌摩擦点焊组织及力学性能分析

采用回填式搅拌摩擦点焊技术对7075-T6铝合金进行了点焊试验.对接头进行了显微组织、显微硬度、剪切和十字形拉伸测试.结果表明,接头显微组织可分为焊核区、热力影响区、热影响区及母材;在焊缝中发现了钩状缺陷、孔洞、未焊合、未完全回填及粘连韧带等缺陷;焊缝区显微硬度呈W形分布,焊点中心呈V形分布;在旋转频率为1 400 r/min,焊接时间为4s时,接头的抗剪强度达到最大值125.6 MPa,为母材强度的39.6％;接头的十字形拉伸载荷随工艺参数的变化规律比较复杂,最大十字形拉伸强度可达43.9 MPa.     

LF6铝合金搅拌摩擦点焊

搅拌摩擦点焊(FSSJ)是近年来发明的新的点焊方法,具有接头强度高、能耗低和设备简单等优点,在汽车行业焊接轻质合金如铝合金、镁合金等具有很好的应用前景.采用自行设计的搅拌头对1 mm 1 mm的LF6铝合金进行了搅拌摩擦焊试验研究.试验结果表明,接头剪切强度约是电阻点焊的1.56倍.接头可以分为搅拌区和热影响区,搅拌区的材料受到搅拌头的作用发生圆周运动和轴向运动,形成细小的再结晶晶粒,强度高、塑性好.     

铝合金搅拌摩擦焊-交叉点焊工艺

在铝合金传统搅拌摩擦点焊的基础上,以提高点焊接头力学性能为目标,提出"搅拌摩擦焊-交叉点焊"技术.其基本工艺原理是,搅拌头沿交叉轨迹做极短距离的往复式搅拌摩擦焊,以实现高性能的点焊连接.对4mm板厚5A02-H14铝合金进行"搅拌摩擦焊-交叉点焊"试验及分析.结果表明,该工艺可大大拓宽点焊接头的连接面积,并显著降低搭接界面畸变和匙孔处材料缺失的不利影响,与传统搅拌摩擦点焊相比,该工艺能够显著提高铝合金点焊接头的抗剪切性能.     

异种铝合金回填式搅拌摩擦点焊缺陷及力学性能

采用回填式搅拌摩擦点焊技术对2 mm厚5052-H112与2024-T4铝合金进行了成功的连接.试验结果表明,当焊接工艺参数选择恰当时,可得到无缺陷接头;然而,焊接工艺窗口较窄,在高热输入条件下易产生多种缺陷,如粘连韧带、孔洞、裂纹、弱连接等,且这些缺陷主要分布在两板的结合面及焊具退出工件的退出线上;力学性能测试结果表明在低热输入条件下,接头的力学性能（一字拉伸与十字拉伸）最高,这与焊点在低热输入情况下组织缺陷较少有关;在一字和十字拉伸载荷作用下,接头的失效位置位于两板结合面及退出线上,在结合面处形成了有效的冶金连接.     

铝合金电阻点焊接头缺陷的搅拌摩擦修复

针对铝合金电阻点焊极易产生裂纹、缩孔等缺陷的问题,提出了基于无针搅拌摩擦热力耦合效应修复铝合金电阻点焊接头缺陷的方法.通过改变搅拌头转速和摩擦停留时间等参数,研究了热力耦合效应对裂纹及缩孔缺陷的修复效果和影响规律.结果表明,在合适的搅拌摩擦工艺下,单面处理可实现熔核内条型裂纹的修复,但缩孔缺陷仍然存在,性能没有明显改善;双面下冲处理能有效修复熔核内条型裂纹及缩孔缺陷,接头断裂方式为脆性断裂,最大拉剪力从3.20 kN增加到6.14 kN,证明搅拌摩擦热力耦合效应修复铝合金电阻点焊接头缺陷的方法是可行的.     

车用铝合金搅拌摩擦点焊工艺

针对2 mm厚6082-T6铝合金搭接搅拌摩擦点焊进行工艺研究,以转速、下扎时间、回填时间、下扎深度为变量,进行不同试验,通过测量不同参数下的剪切强度、观察金相组织,获得了2 mm厚6082-T6铝合金搭接点焊的优化工艺参数。试验表明,最佳转速为2 100 rpm,最佳下扎时间为3 s,最佳回填时间为3 s,最佳下扎深度为2.7 mm。     

工艺参数对复合搅拌摩擦点焊接头力学性能的影响

采用LF21铝合金研究了复合搅拌摩擦焊时焊接工艺参数(旋转速度、旋转半径)对焊接接头力学性能的影响.结果表明,当其它焊接参数一定时,焊点的力学性能随着搅拌头旋转速度的增加而增加,当搅拌头的旋转速度增加到1 200 r/min时,焊点的剪切力达到最大值为3.47 kN,随着搅拌头旋转速度的进一步增加,焊点的力学性能开始降低.改变旋转半径,焊点的力学性能随着旋转半径的增加而增加,当旋转半径达到0.5 mm时,焊点的剪切力达到最大值为3.47 kN,然后,随着旋转半径的继续增加,焊点的力学性能开始降低.LF21铝合金的复合搅拌摩擦点焊焊点的微观组织与直插式搅拌摩擦点焊不同的是,在塑性环的边上形成了一个由第二层塑性环形成的"耳朵形"区域.     

铝合金搅拌摩擦点焊接头塑化金属流动形态分析

在搅拌摩擦点焊过程中,塑化金属的流动形态是影响焊点成形及接头力学性能的主要因素。通过采用镶嵌标识材料的方法,研究了搅拌摩擦点焊过程中接头塑化金属的流动形态。结果表明,在焊点横截面上,匙孔两侧塑化金属发生塑性变形的宽度基本相同,从焊点表面到底面,塑性变形区宽度逐渐减小。在焊点的上部,塑化金属主要受轴肩的作用,在轴肩摩擦力和材料之间的剪切力作用下沿搅拌针旋转的方向运动,随着距焊点表面距离的增大,塑化金属沿搅拌针旋转方向的运动趋势逐渐减小。搅拌针周围的塑化金属在搅拌针螺纹向下的压力作用下,以螺旋状向焊点底部运动,运动到焊点底部后受底板的阻碍和未塑化金属的挤压作用从搅拌针四周向焊点上部运动。     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能研究

利用搅拌摩擦焊方法对7075铝合金板进行焊接,探讨了焊接速度和搅拌头旋转速度等焊接工艺参数对焊缝成形及接头力学性能的影响,并对焊接接头的显微组织进行了分析.结果表明:采用搅拌摩擦焊焊接7075铝合金时,焊接接头具有较好抗拉性能.当旋转速度为750r/min、焊接速度为95 mm/min时,焊接接头的强度最高,达到母材抗拉强度(487 MPa)的97.4％,并且其伸长率也较高(为3.1％);当旋转速度为950 r/min、焊接速度为150 mm/min时焊接接头的伸长率最好,为4.7％.总体上看,焊接接头的伸长率和母材相比较低.     

搅拌摩擦点焊工艺参数对接头组织及力学性能的影响

采用回填式搅拌摩擦点焊技术制备1.0 mm厚 6016-T4 铝合金点焊接头,并通过正交试验法对其表面成形、剪切拉伸、十字拉伸和显微硬度进行分析,探究焊接工艺参数对6016-T4铝合金点焊接头组织及力学性能的影响。结果表明,焊接时间4.5 s、旋转速度1 600 r/min、下扎深度1.4 mm为最佳焊接工艺参数,接头剪切拉伸力、十字拉伸力分别为4.02 kN与1.32 kN;中间部位的搅拌针作用区硬度较为均匀,硬度值高于母材区;焊点接头在剥离试验过程中均未出现松动,说明焊点牢固,质量良好。     

回填搅拌摩擦点焊和传统搅拌摩擦点焊AA6061-T6接头的微观结构和力学性能的比较

在搅拌摩擦点焊过程中,通过添加填充板来改善摩擦成形过程,这种新工艺被称为回填搅拌摩擦点焊。分别采用回填搅拌摩擦点焊和传统的搅拌摩擦点焊工艺焊接AA6061-T6搭接焊样品,研究搅拌头的旋转速度对接头的力学性能和金相组织的影响。在不同的旋转速度下,回填搅拌摩擦点焊接头的静态剪切强度都比传统搅拌摩擦点焊接头的好。这归因于在回填搅拌摩擦点焊时,添加了填充板从而有更多的材料来填充孔洞,消除了形成的孔洞缺陷,从而使点焊焊核区的有效截面积增加。借助扫描电镜观察讨论了材料的失效机制,分析了断裂表面形貌。2种焊接接头的硬度曲线都呈W形,最小的硬度出现在热影响区。     

ABS塑料与6082铝合金搅拌摩擦点焊工艺及机理

针对2 mm厚的ABS塑料板和6082-T6铝合金进行搅拌摩擦点焊可焊性试验,并将成形较好的试件的横截面的形貌进行了观察分析,并对其进行力学性能的测试.结果表明,将铝合金板放在上,塑料板放在下的搭接方式可以实现良好的连接;最优工艺参数为搅拌头旋转速度为400 r/min,焊接时间为30 s,所得焊接接头的抗拉剪载荷最大为3.31 kN;点焊接头有两种断裂模式.     

机器人搅拌摩擦点焊系统设计

搅拌摩擦点焊是一种新型固相焊接技术,机器人焊接是焊接制造业的主要发展方向,将搅拌摩擦点焊与机器人相结合,通过加工相应的焊接装置以及增加机器人的承载能力,设计完成机器人搅拌摩擦点焊装置,实现对搅拌针的精确控制。机器人搅拌摩擦点焊的控制系统是将机器人控制系统和搅拌摩擦点焊控制系统结合,在焊接过程中二者既能独立运行,又相互联系,实现搅拌摩擦点焊装置与机器人协同工作模式,从而实现无间断循环的焊接过程,提高焊接效率。通过实验对比分析机器人搅拌摩擦点焊与传统龙门式搅拌摩擦点焊焊接的工件表面成形和焊点力学性能,结果表明:机器人搅拌摩擦点焊系统实现了复杂结构工件的焊接,表面成形良好,无明显的焊接缺陷,且焊点结合强度与龙门式相当,机器人搅拌摩擦点焊系统具有良好的焊接性能。     

高强铝合金可变转速回填式搅拌摩擦点焊温度场及接头组织性能调控

针对7B04-T74铝合金,采用可变转速回填式搅拌摩擦点焊(variable rotation speed-refill friction stir spot welding, V-RFSSW)新方法开展了数值仿真及试验研究. 结果表明,V-RFSSW温度场围绕搅拌头轴线呈圆形对称分布,焊点高温区域集中在搅拌套空腔内部. 与扎入阶段转速相同的常规回填式搅拌摩擦点焊(refill friction stir spot welding, RFSSW)相比,V-RFSSW新方法既可在扎入阶段使材料充分塑化,以保证焊点成形,同时,通过降低回填阶段搅拌头转速降低焊接峰值温度及高温停留时间,抑制组分液化的发生,避免了共晶相的生成. V-RFSSW与常规RFSSW接头显微硬度均呈“W”形分布,且扎入阶段转速相同的情况下V-RFSSW接头搅拌区平均硬度更高. 在拉剪载荷下两种接头均以“纽扣”形式发生断裂,其中V-RFSSW接头拉剪失效载荷为8835 N,高于RFSSW接头的8162 N.     

2024铝合金电阻点焊与回填式搅拌摩擦点焊接头组织和性能

为了研究铝合金材料回填式搅拌摩擦点焊搭接接头与电阻点焊搭接接头的性能差异,采用2024铝合金材料分别开展了回填式搅拌摩擦点焊以及电阻点焊焊接试验。针对采用不同焊接方法获得的焊接接头的微观组织结构、显微硬度以及十字剥离强度进行了分析与对比研究。结果表明,2024铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头相对于电阻点焊接头,焊点形貌更加美观,可获得小尺寸的等轴细晶组织,不存在柱状晶组织结构,焊接接头力学性能明显提高,体现出了该焊接方法的技术优越性。     

搅拌摩擦焊接工艺对7075-T651铝合金力学性能的影响

采用锥台结构搅拌针对7075-T651铝合金实施搅拌摩擦焊,并进行了背部二次补焊和不同温度的固溶热处理,对焊态接头的力学性能进行了研究。结果表明,二次焊接可提高接头的综合力学性能;热处理可提高焊头硬度,但强度和伸长率有所下降,且随着热处理温度的升高,裂纹沿"S"线扩展,导致晶粒异常长大。     

LY12铝合金摩擦点焊工艺及力学性能

摩擦点焊是在搅拌摩擦焊基础上开发的一种新型固态连接技术.针对2 mm厚的LY12铝合金,研究了摩擦点焊过程中的焊接工艺参数对焊点成形及力学性能的影响.结果表明,当焊接时间一定,搅拌头旋转速度较高时,焊点的表面成形较好;随着搅拌头旋转速度的降低,焊点的表面成形逐渐变差.焊点的抗剪载荷随搅拌头旋转速度增加呈现出先增大后减小的趋势,当搅拌头旋转速度为950 r/min、焊接时间为8 s时,焊点的抗剪载荷达到最大值,为9.33 kN/点.焊点横截面的显微硬度测试结果表明,显微硬度沿匙孔中心呈高-低-较高-低-高的"W"形分布,最小值出现在热影响区,塑性区的显微硬度较高,但略小于母材.     

搅拌头形状对铝合金搅拌摩擦点焊流场的影响

采用商用CFD软件包中的FLUENT软件对2A14铝合金搅拌摩擦点焊过程中材料的流动情况进行了三维数值摸拟.为分析搅拌头轴肩底面轮廓对材料流动的影响,分别建立了平面轴肩和凹面轴肩.当采用凹面轴肩时,材料流动状况更明显.为分析搅拌针的形状对点焊稳态过程流场的影响,建立了圆柱形、三角形和方形三种不同形状的搅拌针模型.与圆柱形搅拌针相比,三角形和方形搅拌针引起的材料流动的范围更大.本文在计算过程中,没有考虑热耗散.