工艺参数对Al-Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接接头力学性能的影响

目的研究工艺参数对Al-Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接接头力学性能的影响。方法采用搅拌摩擦焊-钎焊方法,在不同焊接工艺参数下焊接2A12-T4铝合金和AZ31镁合金。结果当焊接速度为23.5mm/min、旋转速度为375 r/min时,焊接接头的抗拉剪力达到最大,为5.5 kN,比搅拌摩擦焊接头的最大抗拉剪力的5.0 kN提高了10%。结论搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接的工艺参数会显著影响铝/镁异种金属接头力学性能,通过优化工艺参数能够获得力学性能优异的铝/镁异种金属焊接接头。复合焊接接头的抗拉剪力随着焊接速度的增大呈现先增大后减小的趋势。     

汽车用铝钢无匙孔搅拌摩擦点焊接头组织及界面特征研究

随着轻量化技术的发展，镀锌钢板与铝合金等异种金属连接在现代汽车工业中的应用越来越多，回抽式无匙孔搅拌摩擦点焊具有热输入低、焊缝晶粒细小、接头力学性能高等优点，在铝合金等轻金属焊接领域具有很大的优势。本工作使用回抽式搅拌摩擦点焊技术，成功实现了0.7 mm厚的镀锌钢板与2 mm厚的铝合金板的无匙孔搅拌摩擦点焊连接。在不同的焊接转速下，对铝钢异种金属进行无匙孔搅拌摩擦点焊实验研究，分析了无匙孔搅拌摩擦点焊接头的剪切性能、断口形貌、各区微观组织、界面区特征及连接机理。研究结果表明，转速为1 200 r/min、压入量为0.2 mm、焊接时间为15 s时焊接接头最佳，具有最好的力学拉伸性能，断裂位置为热机影响区；通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)对接头的微观形貌以及断口形貌进行观察分析发现，在搅拌区接头界面形成了约6μm厚的金属间化合物，为AlFe₃、Al₁₃Fe₄、AlFe；各位置处金属间化物的形貌与厚度不同，断裂方式为混合断裂机制，界面处的连接为机械结合和冶金结合两种接合方式。     

7050高强铝合金搅拌摩擦焊典型宏观缺陷试验研究

目的 研究7050铝合金搅拌摩擦焊接头中隧道缺陷及未焊透缺陷的行程规律及其对接头性能的影响。方法 采用预制间隙、改变搅拌针长度等方法获得了搅拌摩擦焊隧道缺陷及未焊透缺陷,通过金相分析、力学性能测试对缺陷及接头性能进行了分析。结果 相比隧道缺陷,根部未焊透缺陷对接头性能的影响更大,压入量对隧道、未焊透缺陷有重要影响,板厚5 mm,搅拌针长度小于4.8 mm时,未焊透缺陷对接头性能将产生显著影响。结论 应严格控制搅拌针长度及压入量,避免根部未焊透缺陷对接头性能的影响。     

铝/钢搅拌摩擦辅助铆接接头界面特性研究

目的探究搅拌摩擦辅助铆接铝/钢接头界面的结合特征,解决传统铆接力学性能较低的问题。方法采用搅拌摩擦焊技术实现了对3mm厚不锈钢板和4mm厚的铝合金板的搭接点焊,采用OM及SEM对铝/钢接头界面结合情况进行分析,并利用EDS对界面处元素分布进行分析。结果搅拌头转速1180 r/min、焊接时间120 s、下压量0.2 mm时,铝/钢接头界面结合较好,平均拉剪力达到6519 N,且在铝/钢界面处产生FeAl金属间化合物。受摩擦热作用的影响,位于下板的铝母材晶粒发生长大变粗,铝铆钉与铝板结合紧密,铝铆钉与铝板的结合情况受搅拌头压力的影响更为显著。结论搅拌摩擦辅助铆接铝/钢异种合金,实现了铆钉与铝板和钢板的有效冶金结合,在铝钢结合界面处存在原子的互扩散现象,且有相应的金属间化合物生成。     

2A12铝合金筋板件T型搅拌摩擦焊工艺及焊后热处理

为评价2A12铝合金筋板件搅拌摩擦焊工艺并探寻提高接头强度的途径,进行了2A12铝合金筋板件的T型搅拌摩擦焊焊接工艺试验,并对不同人工时效热处理下焊接接头的微观组织及性能进行了研究.研究表明:采用T型搅拌摩擦焊即可实现2A12铝合金筋板件的成形,当搅拌头旋转速度为750 r/min、焊接速度60mm/min时,接头的抗...     

铝/镁搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头微观组织结构

目的研究不同工艺参数下钎料Zn的添加对Al/Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头组织和性能的影响。方法以厚度为0.05 mm的纯Zn作为钎料,对3 mm厚的2A12-T4态铝合金和4 mm厚的AZ31变形镁合金,进行搅拌摩擦焊-钎焊的复合焊接,分析锌夹层的添加对接头微观组织与力学性能的影响。结果当添加Zn中间层时,接头钎焊区缓解了拉伸断裂趋势,在焊接速度为23.5 mm/min,旋转速度为375 r/min时,接头抗拉剪力达到5.5 k N,复合焊接接头的钎焊焊缝由搭接区、固相扩散区、钎焊区组成。结论钎料的添加有效阻止了Al-Mg系金属间化合物的形成。     

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。     

厚板铝合金搅拌摩擦焊匙孔补焊接头组织与性能

研究了35mm厚板铝合金搅拌摩擦焊匙孔补焊工艺,应用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪及电子拉伸试验机等对接头的组织与性能进行了研究。结果表明,采用铝合金块材填充匙孔后进行FSW焊接,获得成型良好、表面光滑的焊缝;未加填充材料的匙孔位置,焊缝表面出现沟槽缺陷。FSW焊接一次接头的前进侧焊核区与热力影响区之间存在"吻接"缺陷;FSW焊接二次和三次接头的前进侧和后退侧过渡区均连接良好,二者组织无明显差别;FSW焊接一次和二次接头显微硬度分布呈W型,硬度最低值均出现在前进侧热影响区分别为56HV和60HV;采用搅拌头旋转速率为720r/min,焊接速率为180mm/min焊接工艺条件下,FSW焊接一次、二次和三次接头抗拉强度分别达到173、210和205MPa。     

5083铝合金搅拌摩擦焊搭接接头研究

采用搅拌摩擦焊方法对5083铝合金进行搭接实验。用万能试验机对接头进行拉剪试验,对其断口利用SEM电镜进行观察和分析,并使用光学显微镜对其接头横截面进行组织观察。结果表明:即使搅拌针长度短于上层铝板的厚度,上、下层铝板在搅拌针作用的区域,晶粒都发生了一定细化,其尺寸都小于母材。而且焊缝横截面的显微硬度分布也显示出两板在搅拌针作用区域的硬度均与母材相当。在拉剪试验时,界面结合处没有出现断裂现象,断裂位置均在上层铝板前进侧的热影响区。接头强度系数最高可达80%,接头的断裂形式为韧性断裂。     

汽车轮辋用钢搅拌摩擦焊接头组织及力学性能

目的 为搅拌摩擦焊在轮辋钢的应用提供理论数据。方法 选用厚度为4.5 mm的江铃汽车V362轮辋钢板B380CL,采用不同的焊接参数,获得搅拌摩擦焊接头,对焊缝宏观成形及微观组织进行分析,研究焊接参数对组织的影响;通过进行拉伸试验和硬度测试,分析焊接参数对焊接接头性能的影响;对接头焊缝进行X-Ray无损探伤。结果 当搅拌头旋转速度为950 r/min,焊接速度分别为37.5, 47.5, 60 mm/min时,均能形成焊接接头。焊接速度为47.5 mm/min时,焊缝宏观成形较好,微观组织无缺陷,微观组织为铁素体和珠光体,抗拉强度最高,超过母材;焊接接头各区域微观组织硬度较母材高,伸长率较焊接速度为37.5 mm/min时的接头高。结论 搅拌摩擦焊实现轮辋钢的对接,该研究中旋转速度950 r/min,焊接速度47.5 mm/min为最佳工艺参数,接头抗拉强度超过母材。     

Joint properties of dissimilar Al6061-T6 aluminum alloy/Ti–6%Al–4%V titanium alloy by gas tungsten arc welding assisted hybrid friction stir welding

Hybrid friction stir butt welding of Al6061-T6 aluminum alloy plate to Ti–6%Al–4%V titanium alloy plate with satisfactory acceptable joint strength was successfully achieved using preceding gas tungsten arc welding (GTAW) preheating heat source of the Ti alloy plate surface. Hybrid friction stir welding (HFSW) joints were welded completely without any unwelded zone resulting from smooth material flow by equally distributed temperature both in Al alloy side and Ti alloy side using GTAW assistance for preheating the Ti alloy plate unlike friction stir welding (FSW) joints. The ultimate tensile strength was approximately 91% in HFSW welds by that of the Al alloy base metal, which was 24% higher than that of FSW welds without GTAW under same welding condition. Notably, it was found that elongation in HFSW welds increased significantly compared with that of FSW welds, which resulted in improved joint strength. The ductile fracture was the main fracture mode in tensile test of HFSW welds.     

水下搅拌摩擦焊对铝/铜接头组织与性能的影响

目的 采用搅拌摩擦焊,对比分析大气环境和水下环境下铝/铜接头的组织与性能,以期获得力学性能更优异的铝/铜焊接接头。方法 利用搅拌摩擦焊,在焊接速度为40 mm/min、旋转速度为1 000 r/min的条件下,分别在大气环境和水下环境下对厚度为9 mm的6061铝合金板和T2纯铜板进行焊接。然后,对铝/铜界面、焊核区进行扫描电镜及能谱分析,并对铝/铜界面及焊核区进行物相分析,确定产物相组成。最后,对铝/铜试样进行拉伸及硬度检测。结果 铝/铜接头均无裂纹、气孔等缺陷。铜颗粒弥散分布在焊核区,铝/铜界面形成金属间化合物层。水下搅拌摩擦焊下界面元素扩散距离明显变短,且金属间化合物厚度更薄。铝/铜接头的金属间化合物为AlCu和Al4Cu9。大气环境焊接下接头的抗拉强度为130.6 MPa,断裂方式为脆性断裂;水下焊接下接头的抗拉强度为199.5 MPa,断裂方式为韧性断裂。水下环境下的接头硬度值更高,其中热影响区的硬度最低值约为65HV。结论 水下搅拌摩擦焊铝/铜接头无裂纹、气孔等缺陷。组织上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头界面元素扩散距离更短,硬脆的金属间化合物更少;性能上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头强度更高,抗拉强度达到199.5 MPa,达到母材的74.4%。     

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。     

Effects of heating process on the microstructures and tensile properties of friction stir spot welded AZ31 magnesium alloy plates

In this paper, the effects of heating process on the microstructures and tensile properties of a friction stir spot welding (FSSW) welded AZ31 magnesium alloy were investigated by microstructural observations and tensile tests. The results shown that compared with the FSSW welded joint, the width of the bonded zone of the heating FSSW welded AZ31 magnesium alloy joint increased remarkably, while the width of the partial metallurgical zone and the number of the voids formed in it reduced. The tensile test results indicated that the increase of the heating temperature improved the tensile shear load (TSL) of the heating FSSW welded joint greatly when the heating temperature was lower than 573 K. However, the TSL of the heating FSSW welded joint decreased when the heating temperature was more than 573 K due to the coarsening of the grains.     

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1400 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。     

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。     

Flat friction stir spot welding of low carbon steel by double side adjustable tools

2 mm low carbon steel plates were successfully welded by the flat friction stir spot welding(FSSW) using double side adjustable tools, by which the keyhole formed in the conventional FSSW was eliminated and a flat surface on both the top and bottom sides of the welded joints was obtained. In addition, the hook shape usually generated in the conventional FSSW was eliminated by this technique, and the unbonded interface was parallel to the surface of the sheets. Owing to the enlarged bonded interface width by eliminating the keyhole and the intermixed interface by the adjustable probe, the plug fracture occurred under all the welding conditions in the present study. Due to the suppression of the thickness thinning and elimination of the hook shape, the joint performance was improved in the plug fracture mode. The shear tensile performance was considered to strongly depend on the microstructure in the tip area of the unbonded interface and the maximum shear fracture load of 23.0 kN was achieved in this study.     

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。     

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。     

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。