搅拌工具尺寸和工艺参数对塑料搅拌摩擦焊焊缝质量的影响

用不同尺寸的搅拌工具对聚氯乙烯(PVC)板材进行了搅拌摩擦对接焊工艺试验.试验证明,在搅拌工具肩部直径为30 mm,搅拌头直径为10 mm,搅拌头旋转速度为1 660 r/min,焊接速度为25 mm/min的情况下,可以得到焊缝饱满、成形美观的焊接接头.提高搅拌头的旋转速度可以成比例地提高焊接温度;焊接速度的影响较复杂,增大焊接速度一方面会降低焊接热输入,一方面又会间接地增大搅拌头的进给阻力,从而增大摩擦发热功率,提高焊接温度;搅拌工具肩部直径直接影响肩部与被焊材料表面的摩擦发热功率,增大肩部直径可以提高焊接温度,还有利于阻止焊缝材料的飞溅和外溢;而搅拌头直径的影响较复杂,增大它既可以提高搅拌头侧面与被焊材料之间的相对运动线速度,从而提高焊接温度,又会增加被焊材料的吸热功率和传热面积,从而降低焊接温度.     

搅拌头形状对塑料搅拌摩擦焊接头质量的影响

采用圆柱形、螺柱形、正圆锥形、倒圆锥形等形状的搅拌头对厚10mm聚氯乙烯板进行了搅拌摩擦焊试验.结果发现,当搅拌头转速ω=1 660 r/min,焊接速度v=25 mm/min时,采用正圆锥形的搅拌头可得到焊合良好、成形饱满的焊缝;采用圆柱形的搅拌头,也能得到焊合良好、表面光滑、成形美观的焊缝;采用倒圆锥形和螺柱形搅拌头焊接的接头焊合不良,质量较差.焊接时的测温结果表明,硬PVC塑料最佳的搅拌摩擦焊温度范围应为180～190℃,高于200℃会出现烧焦现象,低于170℃则会焊合不良或不能焊合.     

工艺参数对铜/钢搅拌摩擦焊焊缝成形的影响

用搅拌摩擦焊方法焊接了10mm厚的紫铜和低碳钢板,并就工艺参数对焊缝成形的影响进行了研究.结果表明:搅拌头的旋转速度越高,焊缝表面氧化程度越大;焊接速度越大,出现缺陷的现象越严重.采用右螺纹搅拌针的搅拌头进行焊接时,在焊核区底部容易出现孔洞型缺陷.在搅拌头旋转速度为475 r/min,焊接速度为47.5 mrn/min时能获得无缺陷的铜/钢搅拌摩擦焊接头.     

紫铜厚板的搅拌摩擦焊接

采用搅拌摩擦焊接方法对厚度为25mm的T2紫铜厚板进行了单道对接焊试验,并对焊缝的微观组织、力学性能、导电特性及焊缝能谱进行了分析.结果表明,用搅拌摩擦焊方法焊接25mm厚的T2紫铜板,可得到成形美观、内部无缺陷的平板对接接头.在旋转速度为960r/min、焊接速度为70mm/min时,搅拌摩擦焊的焊接接头的抗拉强度可达到186.6MPa,搅拌摩擦焊接头的电阻率与母材基本相当.     

不锈钢搅拌摩擦焊搅拌头温度场模拟

搅拌头技术是搅拌摩擦焊工艺的关键技术,不绣钢搅拌摩擦焊一个重要的难点是确定不锈钢搅拌摩擦焊搅拌头的材料.此材料要求在1000℃或更高的温度下具有良好的耐磨性和韧性.采用搅拌摩擦焊工艺对3 mm厚0Cr18Ni9不锈钢板进行了对接焊接.利用有限元软件DEFORM-3D初步模拟了在旋转速度600 r/min,焊接速度70 mm/min下焊接不锈钢时搅拌头的温度场分布.结果表明,模拟结果与实测结果基本吻合.     

铜与铝异质搅拌摩擦焊的工艺研究

采用不同的工艺参数对3 mm厚的T2纯铜板材与5383铝合金板材进行了对接搅拌摩擦焊试验,并对焊接接头的显微组织、拉伸性能和耐腐蚀性能进行了测试与对比分析。结果表明,选择适当的工艺参数,可以实现T2纯铜板材与5383铝合金板材的对接搅拌摩擦焊,搅拌头旋转速度、焊接速度和轴肩压力都会影响接头的拉伸性能和耐腐蚀性能,其优选的工艺参数为:搅拌头旋转速度ω=950 r/min、焊接速度v=140 mm/min、ω/v=6.79、轴肩压力P=8 kN。     

防锈铝搅拌摩擦焊接

通过大量试验研究了防锈铝LF21搅拌摩擦焊接技术,深入分析了防锈铝搅拌摩擦焊接头的金相组织和力学性能,并探讨了焊接参数对组织性能的影响.对于3mm厚的防锈铝板,优化的搅拌头材料为ICr18Ni9Ti,形状为圆锥带凹面形,轴肩尺寸为φ12mm,焊针跟部直径为4mm,焊针端部直径为2.8mm,焊针高度为2.7mm.优化的焊接工艺参数范围为旋转速度950-1 500 r/min,焊接速度37.5～60mm/min.研究的成果可应用于有色金属材料搅拌摩擦焊接参数的优化,推动中国搅拌摩擦焊接技术在铝焊接中的应用.     

搅拌摩擦焊工艺参数对5052铝合金接头组织和力学性能的影响

研究了搅拌摩擦焊工艺参数对6 mm厚的5052铝合金板材接头组织和力学性能的影响.在150 mm/min的焊接速度下,旋转速度在600～1 500 r/min的范围内,均得到了高质量的焊缝.焊接接头由热影响区、热机影响区和搅拌区组成.在搅拌区产生了细小的等轴晶组织,最小晶粒尺寸为6.3 μm.搅拌头的旋转速度越高,搅拌区的晶粒尺寸越大.硬度曲线呈"W"形,焊缝中心硬度与母材相当,在距焊缝中心大约3 mm的位置硬度最小值为52 HV左右.在旋转速度为600 r/min与焊接速度为150 mm/min焊接参数下得到的接头强度为236.2 MPa,断后伸长率为22.4%,分别达到母材的92.9%和96.1%.     

旋转速度对静止轴肩搅拌摩擦焊温度场和应力场的影响

针对3 mm厚的2024-T4铝合金,采用ABAQUS软件建立静止轴肩搅拌摩擦焊热源三维模型,分析2024-T4铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊温度场和应力场的有限元模拟,研究了恒定150 mm/min焊接速度下,旋转速度从800 mm/min到1 200 mm/min对焊接接头残余应力的影响。结果表明：常规搅拌摩擦焊焊缝横截面高温区域呈现碗状分布,而静止轴肩搅拌摩擦焊呈类似于搅拌针形貌分布。相比于常规搅拌摩擦焊,静止轴肩可以获得更窄的搅拌区宽度,并且有效降低焊缝中心的峰值温度。焊后垂直于焊缝区域的纵向残余应力呈现“M”形分布,随着搅拌头旋转速度的增大,两种工艺下的焊后残余应力均增大。此外,静止轴肩在焊接过程中对焊缝区域持续碾压,使得焊后试样的纵向残余应力峰值相比较于传统搅拌摩擦焊能降低45.6%。     

2A12铝合金搅拌摩擦焊接过程中接头组织与焊接工艺的关系

利用搅拌摩擦焊接方法对2A12铝合金板材进行了焊接试验，探讨了搅拌头的设计参数、焊接过程的工艺参数等对2A12铝合金板材焊接接头组织的影响。经过试验得知，在焊接时，搅拌头转速可为750r／min～1180r／min，走动速度为23．5mm／min～30mm／min，皆可获得接头性能尚可的焊接接头。同时发现焊接区的硬度约为母材硬度的70％。搅拌头长度略小于焊接板材厚度时仍可能使板材焊透。采用带有螺纹的搅拌头进行焊接对焊缝孔洞的形成有一定影响。     

1.8mm2024-T4铝合金板的搅拌摩擦焊接

采用搅拌摩擦焊方法对厚度为1.8mm2024-T4铝合金薄板进行焊接实验,通过高压水冷装置来控制由残余应力产生的失稳翘曲变形,并对焊缝的微观组织与力学性能进行了分析.结果表明:用搅拌摩擦焊方法焊接1.8mm厚的2024-T4铝合金薄板可得到外表成形美观、内部无缺陷的平板对接接头.在冷却水压为0.4MPa、搅拌针旋转速度为2100r/min、焊接速度为120mm/min时,搅拌摩擦焊的焊接接头强度可达到377.9MPa,达到母材强度的80.39%.     

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.     

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%。     

焊接速度对7A04铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

采用不同焊接速度焊接7A04铝合金板材,并对搅拌摩擦焊接头进行微观组织和力学性能分析研究。结果表明,接头焊核区由于搅拌头的搅拌作用及发生动态再结晶,形成细小等轴晶,尺寸远小于母材;机械热影响区处于搅拌头外缘,在搅拌头搅拌作用下发生明显的拉伸变形;热影响区晶粒发生明显粗化。不同焊接速度下焊缝区的硬度分布整体上呈"W"形分布,接头软化,焊缝区硬度低于母材,硬度最高值出现焊核区,最低值出现在热影响区。当旋转速度为800 r/min,焊接速度为120 mm/min时,接头成型性最佳,其抗拉强度为410 MPa,达母材强度的75%。     

基于钻铣床的搅拌摩擦焊设备设计

以ZX50CA钻铣床为研究对象,采用液压技术对其压下装置进行设计,设计出一台适用于镁合金薄板搅拌摩擦焊的设备,选用3 mm厚的AZ31镁合金板材进行对接焊接实验。结果表明:当搅拌头转速为1400 r/min、焊接速度为15 mm/min、压紧力为1500 N时,焊接接头表面成形良好。通过实验证明,该设备能够满足搅拌摩擦焊的工艺参数要求,适用于搅拌摩擦焊的实验研究,而且相对于大型专用搅拌摩擦焊设备,成本低,使用灵活、方便,为镁合金薄板搅拌摩擦焊设备的开发提供了很好的参考价值。     

工艺参数影响2060铝锂合金搅拌摩擦焊接头的成形规律

以在航空领域有广泛应用前景的2 mm厚2060-T8 Al-Li合金为研究对象,进行了搅拌摩擦焊对接接头的试验分析,重点研究焊接工艺参数影响焊接接头成形的规律.研究结果表明,呈碗形的焊缝由轴肩作用区与焊核区组成;轴肩作用区的等轴晶的晶粒大于焊核区.当搅拌头的转速为800 r/min且焊接速度为80 mm/min时,焊接接头的表面成形良好且内部无缺陷.与800 r/min,80 mm/min相比,提高旋转频率或降低焊接速度,焊缝表面变得较粗糙;降低旋转频率或提高焊接速度,焊缝内部会出现隧道型缺陷.     

2519厚板搅拌摩擦焊缝组织性能及断裂分析

采用搅拌摩擦焊方法对厚度为20mm的2519高强铝合金板进行了单道对接焊试验,并对焊缝的微观组织、力学性能及断裂特性进行了分析.试验结果表明,在旋转速度为1600 r/min、焊接速度为30mm/min时,20mm厚板焊缝的抗拉强度可达313MPa;厚板焊接时,因焊接速度较慢,厚板焊缝搅拌区的平均显微硬度在115 HV左右,出现了较大程度的软化,其软化区长度约为55 mm;其断裂形式为韧性和脆性的混合型断裂.20mm厚板焊接时,上下板面搅拌区的温差在150℃左右,热机作用梯度沿板厚急剧变化,是厚板焊接比薄板焊接困难的原因之一.     

工艺参数对搅拌摩擦焊洋葱圆环形成的影响

搅拌摩擦焊中焊缝材料的流动对焊件性能有很大影响，洋葱圆环是搅拌摩擦焊焊焊核区中材料流动的集中体现，文中对5mm厚的1060、3003铝合金板材进行了搅拌摩擦焊连接，通过对其焊核区腐蚀后的形貌观察分析研究了不同工艺参数下材料的流动形态，结果表明，工艺参数对搅拌摩擦焊焊核区洋葱圆环的形成有很大影响，采用较高的搅拌头转速和合适的焊接速度可获得稳定，质量良好的搅拌摩擦焊接头。     

TC4钛合金薄板的搅拌摩擦焊研究

本文采用搅拌摩擦焊接工艺对航空航天工业应用最广泛的TC4钛合金进行了焊接,设计了用于钛合金搅拌摩擦焊的气体保护装置,确定了合适的搅拌摩擦焊工艺参数。对其焊缝的成形特点、组织特征和力学性能进行分析。结果表明,当旋转速度为475rpm、焊接速度为23．5mm／min、搅拌头倾角为3°时,可获得表面成形良好的焊缝;搅拌头在焊接过程中的磨损较为严重。     

MB3镁合金搅拌摩擦连接工艺研究

针对工业用MB3镁合金进行了搅拌摩擦焊接试验。分析了各工艺参数及搅拌头形状对焊缝质量的影响。经过力学测试表明；对于3mm厚的MB33镁合金，采用搅拌头旋转速度为1500r／min，焊速48mm/min时焊接接头成形良好，性能优良。