铝合金厚板搅拌摩擦焊焊缝金属流动行为研究进展

为减少大厚板5A06铝合金激光焊接缺陷,提高焊接过程稳定性,采用激光光束以一定方式运动的扫描焊接的新焊接方法,研究了激光束不同的运动轨迹、幅度、频率对铝合金激光深熔焊接焊缝气孔率的影响,并在焊接坡口设计优化基础上应用窄间隙扫描激光填丝焊接技术进行130 mm厚5A06铝合金焊接试验. 结果表明,采用圆形扫描方式,当激光光束的扫描幅度大于1 mm,扫描频率选择最高频率附近时,能够大幅降低焊缝气孔率;采用窄间隙激光扫描填丝的焊接方法,获得了焊缝平均气孔率1%,无侧壁未熔合、层间未熔合、裂纹等焊接缺陷的130 mm厚5A06铝合金优质焊接接头.     

2.4mm 5052铝合金薄板搅拌摩擦焊接工艺研究

使用搅拌摩擦焊对2.4 mm厚的5052铝合金薄板进行了对接焊接试验,探讨了转速和焊接速度对焊接接头组织和力学性能的影响。结果表明,转速保持不变时,随着焊接速度的增加,接头抗拉强度、伸长率呈整体减小的趋势。焊接速度保持不变时,焊接接头的抗拉强度、伸长率随着转速的增加先增加后减小。经快冷处理的焊件,其抗拉强度和伸长率均有小幅增加。     

铝合金搅拌摩擦焊接头行为分析

详细介绍了搅拌摩擦焊（FSW）接头塑性流变数值模拟所得到的结果，并且利用搅拌摩擦焊的“插入试验”，测量了搅拌头旋转着插入铝合金材料过程中作用在搅拌头上的作用力，并将之转化为有效的粘度值和温度输出，确定了搅拌摩擦焊过程中充分塑化区（FPZ）的材料粘性，3－D数值模拟结果显示了搅拌头肩台下大约1.5mm的紊流区域的形成；解释了在异种金属搅拌摩擦焊接过程中无序混合产生的间混薄层结构，以及局部液相形成（初始熔化）引起的搅拌头的瞬间滑移导致了在特定的温度下（Tcrit）的材料粘性迟滞。     

薄板铝合金搅拌摩擦焊接头变形情况分析

采用数值模拟的方法对薄板铝合金搅拌摩擦焊接头的变形特征进行分析,并与实际接头的变形情况进行对比.结果表明,薄板铝合金搅拌摩擦焊的接头的变形成非对称形式,大变形区域主要出现在焊缝的前进侧,这种非对称变形主要是由于搅拌头对工件直接施加的机械力造成的.焊缝两侧固定点上的变形特征显示,后退侧在焊接过程中会出现剧烈波动,表明后退侧的稳定性低于前进侧.接头应力分布特征显示高应力区出现在焊缝的结束位置,x-y方向的剪切应力是影响终接头应力分布的主要原因.     

搅拌摩擦焊塑性金属流动行为研究

通过观测铝合金焊缝接头显微组织形貌与塑性金属组织的流线形,并结合对搅拌过程中搅拌针周围塑性金属的受力情况分析,初步构建了搅拌摩擦焊塑性金属流动行为模型,揭示了焊接缺陷的产生原因和性能薄弱区域。研究结果表明,水平方向上将塑性金属的流动迁移过程包括5个同时进行的过程,其中前进侧切削金属较少,在后退侧,搅拌针焊接前进方向和旋转方向相反,切削金属量达到最大值。厚度方向上由于轴肩的顶锻作用,上部塑性金属向下迁移,在焊缝中部堆积形成洋葱环。实际流动过程是水平和厚度方向流动行为的叠加。     

5052铝合金薄板搅拌摩擦焊接头组织和力学性能研究

采用搅拌摩擦焊方法对2.2 mm厚的5052-H32铝合金薄板进行焊接,并对焊接接头进行了显微组织观察、拉伸性能及显微硬度测试.结果表明:其焊接接头晶粒明显细化,力学性能显著提高.当搅拌头旋转速度为700 r/min、焊接速度为150 mm/min时,焊接接头的抗拉强度达到215MPa,超出母材(198 MPa)9％,屈服强度达到120MPa,超出母材(86 MPa)39％,接头硬度达到72 HV,超出母材(61 HV)约18％.     

流动摩擦焊接过程塑性金属流动行为

搅拌工具端部形貌特征影响焊缝成形,工具端面的渐开线有利于焊接时塑性金属的流动,在焊缝的上部材料受到焊接工具的作用发生层流运动,材料由搅拌工具边缘向中心流动,而中心处聚集的材料挤压周边的材料向阻力小的方向运动,材料在厚度方向混合从而形成一个循环往复运动。同时采用数值模拟和实验手段对其进行了验证。     

铝合金搅拌摩擦焊接作用力研究

对12 mm厚2024-T351铝合金进行搅拌摩擦焊接工艺实验,采用八角环测力仪对焊接过程中的行进抗力(x向)、侧向力(y向)和下压力(z向)进行测量,得到了焊接过程中三个方向作用力的变化趋势,以及焊接速度和旋转速度对焊接作用力影响的规律。     

铝合金薄板高转速搅拌摩擦焊接头组织与力学性能

采用高转速微型搅拌摩擦焊接工艺实现了0.8 mm厚6061-T6铝合金薄板对接。利用OM、SEM、TEM及EBSD等测试技术探讨了高转速对接头微观组织及力学性能的影响规律。结果表明,高转速焊接6061-T6薄板时,焊缝表面成型良好,焊缝各区域组织呈连续均匀过渡。与常规搅拌摩擦焊相比,高转速工艺下,焊缝区b-Mg2Si、S相(Al2Cu Mg)和Al8Fe2Si析出相数量增多,特别是长条状b-Mg_2Si数量增多,焊缝区显微硬度值明显提升;转速8000 r/min、焊速1500 mm/min条件下,接头最大抗拉强度高达301.8 MPa,是母材抗拉强度(351.7 MPa)的85.8%;转速对6061-T6铝合金超薄板高转速搅拌摩擦焊对接接头抗拉强度影响较小,接头断裂模式为脆性断裂为主的韧-脆混合断裂。     

铝合金薄板搅拌摩擦焊接残余变形的数值分析

大尺寸6056铝合金薄板经过搅拌摩擦焊接实验后出现了严重的面外变形,虽然变形程度小于熔化焊结果,但已经影响到被焊薄板的装配和使用.为详细研究和预测铝合金薄板在搅拌摩擦焊后的残余变形,以焊接实验条件为基础,建立了搅拌摩擦焊接三维有限元热力耦合分析模型.模型中涉及了利用搅拌头工作转矩计算热输入量、工件和卡具之间的接触热传导、随温度变化的材料模型,以及综合考虑搅拌头机械作用等工作.利用该模型可以得到不对称的纵向残余应力结果,残余变形的趋势在整块板上都与实验结果相同,而且变形量和实验测量值之间的误差在20%以内.     

2219铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀行为

采用晶间腐蚀试验和剥落腐蚀试验研究了2219铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀行为,结合金相显微镜、扫描电镜及能谱仪等分析手段研究了接头腐蚀后的表面形貌和腐蚀产物的成分,并对接头腐蚀机理进行了初步的探讨.结果表明,搅拌摩擦焊焊核区耐蚀性比母材高;腐蚀从点蚀开始,逐渐发展为晶间腐蚀和剥落腐蚀的全面腐蚀形貌;接头组织成分的均匀化,降低了材料形成局部腐蚀原电池的倾向,使得电位正向移动,接头耐蚀性增强.     

铝合金搅拌摩擦焊接接头腐蚀行为研究进展

介绍了铝合金搅拌摩擦焊接接头腐蚀行为的最新研究进展,重点讨论了铝合金搅拌摩擦焊接接头腐蚀行为的研究方法,包括应力腐蚀法、盐雾实验法、溶液浸泡法、电化学法、凝胶可视化法等,并指出其存在的问题,分析了接头腐蚀机理及提高接头耐蚀性的方法。     

1060铝合金搅拌摩擦焊焊缝金属流动机理

对1060铝合金进行搅拌摩擦焊,研究搅拌头旋转方向、焊接速度、主轴转速和搅拌针偏移方向等不同因素对金属流动的影响。结果表明,5 mm厚1060铝合金在主轴转速1 000~1 100 r/min、焊接速度200~300 mm/min时,可获得无缺陷焊缝。在焊缝上部区域,轴肩的热力作用大于搅拌针对焊缝金属的作用。搅拌针的旋转方向及螺纹旋向对塑性金属流动具有重要影响。当搅拌头偏移的方向不同时,焊接质量相差较大。     

搅拌摩擦焊接全过程材料流动行为的数值模拟（英文）

基于固体力学理论,采用ABAQUS有限元软件建立搅拌摩擦焊接(FSW)全过程热力耦合模型,利用质点跟踪技术模拟研究FSW全过程材料流动行为。结果表明,搅拌针周围材料的运动方式为螺旋运动,焊缝上部与下部材料有明显不同的流动方式,上部分材料在轴肩的影响下会螺旋向下运动,下部分材料在搅拌针的影响下会向上运动。搅拌针周围材料质点的流动速度高于搅拌针底部质点的。材料可绕搅拌针旋转数周,模拟结果与钨示踪粒子的实验观测结果很吻合。     

7075厚板铝合金搅拌摩擦焊接头晶间腐蚀行为研究

对20 mm厚7075铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头沿板厚方向进行分层晶间腐蚀行为研究。借助光学显微镜及扫描电子显微镜分析了接头组织、第二相成分及分布、腐蚀深度及接头各区腐蚀形貌。结果表明:焊缝中心区腐蚀程度最轻,热机影响区(TMAZ)次之,热影响区(HAZ)腐蚀程度最严重;沿板厚向下,焊核区(NZ)腐蚀程度逐渐变大,TMAZ腐蚀程度先变大后减小,HAZ腐蚀程度逐渐减小;接头沿板厚方向晶粒大小和第二相粒子尺寸及分布存在差异,是造成沿板厚方向各区不同晶间腐蚀程度的主要原因。     

6061铝合金薄板高转速搅拌摩擦焊研究

将CoCrFeNi高熵合金粉末作为添加剂,采用高转速搅拌摩擦焊(HR-FSW)方法对2 mm厚6061铝合金薄板进行对接试验,研究了焊接工艺参数对焊缝成形与力学性能的影响。试验结果表明:CoCrFeNi合金粉末能够成功添加至基材中,并与铝合金基体良好结合。主轴转动速度与焊接速度对焊缝成形起到决定作用,当主轴转速为11 000 r/min,焊接速度为150 mm/min,轴肩下压量为0.06 mm时可获得最优焊缝,焊缝结合良好,成形美观,抗拉强度达到202.51 MPa。     

铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳断裂行为分析

提高和改善铝合金搅拌摩擦焊接头抗疲劳断裂性能是保证其焊接结构安全可靠的重要措施。阐述了国内外对铝合金搅拌摩擦焊接头的疲劳断裂行为的研究进展,包括铝合金搅拌摩擦焊接头的应力疲劳分析和应变疲劳分析;微结构、残余应力、表面处理对疲劳裂纹扩展速率的影响;焊接缺陷对疲劳断裂行为的影响;总结了在腐蚀介质中的疲劳裂纹形成特点和扩展规律及门槛值ΔKth。为建立铝合金搅拌摩擦焊接接头的疲劳设计规范、提高铝合金焊接结构的疲劳强度具有重要的理论意义和实践参考价值。     

7050铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀行为分析

7050高强铝合金被广泛应用于飞机的承力构件、火箭舱段、导弹、飞船等空间载荷承力结构的制备.航空航天飞行器服役环境恶劣（雷电、雨水、辐射、除冰液等）,对腐蚀性能特别是应力腐蚀开裂性能有较高的要求,然而高强铝合金FSW接头在特定服役环境下的接头性能数据包括腐蚀性能尚不完善.基于此,文中重点研究不同焊接热输入对接头腐蚀行为的影响.采用晶间腐蚀、四点弯曲应力腐蚀试验,选择不同的加载应力,揭示高强铝合金腐蚀行为.结果表明,高强铝合金应力腐蚀敏感性强,不论是优化焊接参数,还是改变热输入,单纯通过焊接过程本身控制很难改善应力腐蚀敏感性.     

5052铝合金薄板搅拌摩擦焊工艺

针对5052-H34铝合金薄板进行了搅拌摩擦焊工艺试验,分析了工艺参数对接头表面成形的影响,测试了接头的力学性能.研究表明,搅拌头转速达到1 600 r/min以上时,能够获得成形美观的接头;在搅拌头转速w和焊接速度v较低时,随着w/v值的增加,接头外观成形逐渐得到改善.接头力学性能测试结果显示,接头断裂在焊缝中心,在序号7参数下获得的接头平均抗拉强度(212.6 MPa),达到母材强度(261.1 MPa)的81.4%;平均断后伸长率(19.05%)是母材(14.01%)的1.36倍;在正弯角和背弯角达到180°时均无开裂.     

铝合金薄板搅拌摩擦焊温度场模型

根据能量检测系统得出的搅拌摩擦焊接实时功率,结合M.Song等人提出的热输入模型,在此提出了简化的热输入模型.在深入考虑焊接过程的具体条件后,利用ANSYS有限元分析程序建立随热源一起移动的坐标系,模拟出瞬态温度场以及焊缝及母材区任何位置上的热循环曲线.通过模拟结果与热电偶测得的特征点温度曲线的比较,验证了热模型和模拟方法的正确性.