铝合金摩擦点焊工艺参数的优化

摩擦点焊是在搅拌摩擦焊基础上开发的1种新型固态连接技术.针对2 mm厚的LY12铝合金,采用正交试验设计方法对点焊工艺参数进行了优化.试验结果表明,搅拌头形状对焊点剪切强度的影响最显著,其次是焊接时间,搅拌头轴肩直径的影响最小.优化后的最佳工艺参数为：搅拌头旋转速度为2 500 r/min,焊接时间为12 s,轴肩直径为16 mm,搅拌头为探针带左螺纹圆柱形搅拌头.采用优化后的最佳工艺参数进行焊接,焊点的剪切强度达为9.24 kN,比优化前焊点最佳剪切强度提高了5.06%,是电阻点焊焊点剪切强度的1.5倍,是铆接接头剪切强度的2.5倍.     

螺纹铆钉式搅拌摩擦铆焊塑性连接机理及接头力学性能研究

为了获得铝合金板材高性能点连接接头,兼顾机械连接与固相焊接的技术优势,采用不同焊具开展了铝合金板材搅拌摩擦铆焊试验。对比研究铆焊成形力、接头形貌及塑性变形机理和力学性能及失效行为,以期阐明螺纹铆钉式搅拌摩擦铆焊工艺对接头性能的强化机制。结果表明：搅拌摩擦铆焊过程中,随工具头位移变化,铆焊成形力呈先迅速增大、达到峰值后在一定范围内保持最后迅速降低的变化趋势;螺纹铆钉搅拌摩擦铆焊接头上下板材之间形成了冶金结合,螺纹铆钉与塑化材料之间形成机械连接;轴肩下方上板的有效板厚、搅拌区的有效结合宽度以及铆钉与被焊材料的有效铆合高度是影响螺纹铆钉搅拌摩擦铆焊接头力学性能的关键技术参数;螺纹铆钉搅拌摩擦铆焊接头的拉伸剪切峰值载荷达到了传统搅拌摩擦点焊接头的1.65倍,十字拉伸峰值载荷达到了传统搅拌摩擦点焊接头的2.7倍。     

轻质异种材料搅拌摩擦点焊技术研究进展

由于汽车工业轻量化的要求,轻质材料复合结构取代单一材料结构的方法受到社会各界的广泛关注。对于异种材料复合结构的连接,传统焊接方法具有一定的局限性。搅拌摩擦点焊技术作为一种绿色、高效、固相连接技术,在异种材料连接方面具有很大潜力,国内外学者针对异种材料搅拌摩擦点焊开展了大量研究。从铝-碳纤维增强热塑性树脂基复合材料、铝-铜和铝-钢三种复合结构搅拌摩擦点焊的研究现状出发,阐述了国内外科研人员在焊接工艺、微观组织演变以及接头力学性能等方面的研究成果,并展望了搅拌摩擦点焊技术现阶段亟待解决的热点问题以及发展趋势。     

铝镁合金填充式搅拌摩擦点焊接头的显微组织及力学性能

对2.0mm厚的5A06铝合金板进行不同工艺参数的填充式搅拌摩擦点焊,并对点焊接头进行了显微组织观察及剪切拉伸、十字拉伸试验。结果表明:接头可以分为焊核区、热机影响区、热影响区、压力影响区和母材区等部分,其显微组织主要为α-Al固溶体,并有金属间化合物β-Mg2Al3相等在基体上分布;随着焊接时间延长和焊接旋转速度的增大,点焊接头的剪切拉伸性能和十字拉伸性能呈现先快速增加后缓慢下降的趋势;当焊接旋转速度为2 000r·min-1,焊接时间为3.5s时,点焊接头最大剪切拉伸载荷可达8 194N,最大十字拉伸载荷可达3 565N。     

铝合金搅拌摩擦焊的应用现状与发展趋势

一、概述 1991年英国焊接研究所(TWI)发明了搅拌摩擦焊(FSW),从此以后,基于这种固相连接技术的明显优越性,例如:优良的接头力学性能,不需要填充焊接材料,没有焊接烟尘和飞溅,很少的焊前准备和焊接变形等,在世界范围内的国际合作中开展了大量的研究和开发工作。另外,搅拌摩擦焊可以焊接各种铝合金材料,甚至以前所谓的不可     

超声振动强化搅拌摩擦焊的热力行为及微观组织特征

为了利用超声振动降低搅拌摩擦焊过程中金属材料的屈服应力和流动应力,研发超声振动强化搅拌摩擦焊试验装置,开展6061-T6铝合金的焊接工艺试验。采用实时采集焊机电参数并将其转化成力矩和力的方法,测试超声振动作用下搅拌摩擦焊的焊接载荷,利用热电偶测试施加超声时的焊接热循环,通过体视显微镜和金相显微镜分别观测焊缝截面尺寸和接头微观组织,并与相同参数下常规搅拌摩擦焊的情况进行比对。研究结果表明,超声振动能够显著降低焊接轴向压力和搅拌头转矩,增大焊缝横截面尺寸,细化和均匀焊核区和热力影响区的晶粒组织。热循环的测量结果显示,超声振动的施加略微降低了测量点的焊接热循环峰值温度。分析认为,超声振动与搅拌头附近的塑性变形材料相互作用,降低了金属材料的屈服应力和流变应力,进而改变了原有的温度场,从而产生了优异的工艺效果。     

2524-T3铆接接头与搅拌摩擦焊接接头疲劳性能对比研究

通过2524-T3铝合金的搅拌摩擦焊接头疲劳性能对比试验,得到了母材、FSW对接接头、铆钉连接接头的疲劳S-N曲线。试验表明,搅拌摩擦焊的疲劳裂纹大多数起源于焊缝底部;2524-T3材料薄板的疲劳性能略好于厚板的疲劳性能;搅拌摩擦焊接头疲劳性能要明显好于铆接接头疲劳性能。拟合得到了各种不同厚度,不同应力比下的S-N曲线公式,为搅拌摩擦焊技术应用于飞机结构积累了相关数据。     

数控机床用ZA35锌铝合金的搅拌摩擦点焊工艺研究

采用搅拌摩擦点焊工艺进行了数控机床用ZA35锌铝合金的焊接,并进行了焊接接头的显微组织、物相组成、力学性能和耐腐蚀性能的测试与分析。结果表明采用搅拌摩擦点焊技术,可以实现较佳力学性能和耐腐蚀性能的数控机床用ZA35锌铝合金焊接;该点焊接头由η-Zn相、α-Al相和少量的Mg12Al47Cu7相组成。接头的抗拉强度达到321.4MPa、延伸率达到1.21%、抗剪力达到7.78MPa,分别为合金母材的93.84%、85.21%和87.02%;腐蚀电位较母材仅负移14mV。     

7075-T6铝合金摩擦塞焊焊接区域温度场的数值模拟

以7075-T6铝合金为待焊材料,基于库伦摩擦定律建立摩擦塞焊的产热模型,利用ABAQUS软件模拟7075-T6铝合金的摩擦塞焊过程,建立焊接区域温度场的有限元模型,采用热流密度为定值和基于试验数据的热流密度的两种热源加载方式模拟摩擦塞焊焊接区域的温度场,并进行了试验验证。结果表明:两种热源加载方式下焊接区域温度场的变化趋势是一致的,但是相同时刻下,采用热流密度为定值的热源加载方式得到的铝板温度较高;采用两种热源加载方式得到焊接铝板测温点的温度变化趋势均和试验结果的相吻合,但采用基于试验数据的热流密度得到的模拟结果更准确,因此通过有限元产热模型来模拟7075-T6铝合金摩擦塞焊接区域的温度场是可行的。     

搅拌摩擦焊接头摩擦磨损性能研究

在MM-200型摩擦磨损试验机上分别试验了LF2铝合金搅拌摩擦焊接接头焊缝区和母材的摩擦磨损性能。通过测定失重量和摩擦力矩的波动情况,得出了在不同的工艺参数条件下试样的抗磨损性和摩擦因数的变化规律。实验结果表明：搅拌摩擦焊接头的摩擦磨损性能明显优于母材,当正压力从50N增加到106N时,母材的失重量增加近6倍,母材的失重量在同等垂直载荷的情况下是焊缝的10-20倍。实验还表明搅拌摩擦焊接接头的摩擦力矩较小并且波动平缓。搅拌摩擦焊接头区域的磨损机制从磨粒磨损方式转变为疲劳磨损方式。