材料性能对铝合金搅拌摩擦焊焊缝成形的影响

近年来,随着汽车行业的蓬勃发展,车身轻量化也成为了行业前进中的一个重要方向。在这个过程中,铝合金以其独有的综合优势成为了最重要的轻量化使用材料。在车身覆盖件及汽车底盘、内饰零部件中,各种牌号的铝锻件、铝铸件、铝型材等已被广泛运用。因此,对同种牌号及不同牌号铝合金材料间的搅拌摩擦焊进行研究具有重要的意义。本文根据1060纯铝、5A06和7075铝合金进行的同种和异种材料搅拌摩擦焊对接的实验结果,分析讨论在是否不同的材料性能可以在采用搅拌摩擦焊后,焊缝成形不同。     

材料性能对搅拌摩擦焊焊缝成形的影响

采用左螺纹圆柱搅拌头对O态和T4态2024铝合金进行搅拌摩擦焊接试验,研究了材料性能对搅拌摩擦焊焊缝成形的影响,并用软性约束分析了材料性能对焊核尺寸的影响。试验结果表明：焊缝形貌受焊核周边金属约束的影响,约束程度与材料力学性能和温度有关。O态2024铝合金对接焊时,软性约束体对塑性金属横向迁移的约束小,焊核面积和焊核宽度较T4态2024铝合金的焊核面积和焊核宽度大。两种热处理状态2024铝合金对接焊时,强度和硬度较高的T4态2024铝合金置于返回边时,在焊缝两侧、前进边的软性约束体对塑性金属的约束较返回边的软性约束体对塑性金属的约束强,焊核向返回边偏移;由于在返回边有更多的塑性金属,使其沿焊缝厚度方向向上的运动趋势增强,因此返回边的焊核高度较前进边的焊核高度高。对T4态2024铝合金进行适当的预热,会增强焊缝金属的塑化程度,使其向焊缝两侧的迁移运动趋势增强,焊核宽度及面积增大。     

搅拌头偏置对铝镁异种合金搅拌摩擦焊焊缝成形的影响

采用不同的搅拌头偏置位置对AZ31B镁合金和6061铝合金进行搅拌摩擦焊对接试验,探究搅拌头偏置位置对铝镁异种合金搅拌摩擦焊焊缝成形的影响。对比了不同搅拌头偏置所获得的焊缝外观成形和断口成分能谱,实验结果表明,搅拌头偏置铝1 mm所获得焊缝表面成形质量要优于搅拌头置中和偏置镁1 mm所得的焊缝,焊接过程中金属间化合物大量连续的生成是造成接头断裂的主要原因。     

焊接参数对搅拌摩擦焊焊缝形貌的影响

研究了搅拌摩擦焊工艺参数对LY12铝合金焊缝形貌的影响。研究结果表明：采用左螺纹圆柱搅拌头进行焊接时,形成的焊核关于搅拌针中心不对称,回撤边塑性金属迁移程度大于前进边;搅拌头旋转速度和轴肩下压量相同时,增大焊接速度可使回撤边塑性金属向上迁移程度减弱,使焊核宽度及焊核中心偏向回撤边距离减小;搅拌头旋转速度和焊接速度相同时,增大轴肩下压量可使焊核宽度和焊核中心偏向回撤边的距离增大,使回撤边塑性金属向上迁移程度先增大后减小。     

搅拌针几何形态对无倾角搅拌摩擦焊焊缝成形的影响及其机制分析

无倾角搅拌摩擦焊工艺是保障平面二维及空间三维复杂焊缝焊接质量的关键技术。分别采用含有光面搅拌针、光面带切台搅拌针和螺纹带切台搅拌针的焊具进行无倾角焊接试验,对比研究焊缝形貌、缺陷分布和接头性能,以期阐明搅拌针几何形态对无倾角搅拌摩擦焊焊缝的影响及其机制,从而为无倾角搅拌摩擦焊工艺的高质量应用奠定技术基础。试验结果表明,在无倾角焊接条件下,光面搅拌针容易导致焊缝根部出现孔洞缺陷,难以形成优质接头;带切台搅拌针增强了焊缝中上部材料的塑性流动,由此间接促进了焊缝根部匙孔的填充,在较低焊速下可以获得无缺陷接头;搅拌针螺纹结构直接增强了焊缝根部材料的塑性流动,因而能在更宽的参数范围内形成无缺陷接头。与光面搅拌针相比,搅拌针切台结构增大了接头软化区宽度,提高了焊缝上部的软化程度,所得无缺陷接头的抗拉强度最高可达母材的86%。对比而言,在带切台搅拌针上进一步加工螺纹能够降低焊接热软化效应,减小软化区宽度并提高焊核区硬度,接头最高强度系数由此增大到了90%。     

搅拌摩擦焊工艺参数对LY12铝合金焊缝金属流动形态的影响

采用铝箔作为标示材料,研究了旋转速度、焊接速度、下压量等工艺参数对LY12铝合金搅拌摩擦焊焊缝金属流动形态的影响.结果表明:焊缝金属的流动形态由4个特征区域组成,即水平流动区、紊流区、"洋葱环"区和刚塑性迁移区;搅拌摩擦焊的焊缝关于中心不对称,返回边标示材料的变形程度比前进边的大;随着旋转速度的提高,金属在焊缝厚度方向向上的迁移量先增大后减小;随着焊接速度的提高,金属向上迁移的最大位移减小;增大下压量,有利于金属的流动和焊缝致密度的提高.     

铝合金搅拌摩擦焊技术研究

论述了搅拌摩擦焊的焊接方法、工艺过程和基本原理；通过大量的工艺参数优化，解决了焊缝中的孔洞问题，使ＬＦ６板材搅拌摩擦焊的焊缝达到与母材等强，ＬＹ１２焊后未经热处理，连接强度接近母材的８０（。由金相分析可以看出，搅拌摩擦焊属于固相连接，焊缝晶粒细小，无气孔、夹杂、裂纹等焊接缺陷。初步应力测试发现，搅拌摩擦焊焊缝比熔焊焊缝的残余应力低。试验研究结果表明，搅拌摩擦焊焊接过程稳定可靠，焊接接头性能良好，具有广泛的应用前景。     

2219铝合金搅拌摩擦焊工艺及接头性能

采用搅拌摩擦焊方法对6 mm厚的2219铝合金板进行焊接,研究了2219铝合金的搅拌摩擦焊工艺和主要焊接参数对焊缝成形和接头力学性能的影响.结果表明:在旋转速度1250～1400 r·min-1,焊接速度100～140 mm·min-1时,可获得性能良好的焊接接头;对2219铝合金搅拌摩擦焊接后再固溶时效处理可有效消除接头软化区,提高接头强度.     

工艺参数对铝合金摩擦叠焊成形的影响

以7075铝合金作为试验对象,对摩擦叠焊过程进行数值模拟,研究不同工艺参数对铝合金摩擦叠焊单元成形的影响。为了便于分析计算,将其简化为二维轴对称模型,应用ABAQUS有限元分析软件,建立摩擦叠焊过成二维轴对称热力耦合模型,并且采用FRIC子程序和网格重划分技术进行分析。通过设定不同的工艺参数组合,分析焊接过程温度场、应力场和轴向进给量,获得不同工艺参数对摩擦叠焊单元成形产生的影响。结果表明:轴向压力和旋转速度能够影响焊接时间;较大的轴向压力和旋转速度增加应力的峰值;轴向压力和旋转速度会对轴向位移产生影响,但轴向压力对位移的影响要大于转速。     

2A14铝合金搅拌摩擦焊焊缝表面鼓包原因分析

针对2A14铝合金搅拌摩擦焊焊缝表面鼓包现象,借助元素EDAX能谱分析和机箱制造工艺过程追溯,通过材料分析、焊接前处理方法研究、焊接工艺方法及热处理方法研究对机箱热处理后搅拌摩擦焊焊缝表面鼓包的现象进行了原因排查,并通过试板焊接试验复现了焊缝鼓包现象,对2A14铝合金机箱的焊前处理工艺进行了改进和完善。     

2A12铝合金搅拌摩擦焊工艺与焊缝组织特征分析

通过2A12高强铝合金的搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding.简称FSW）试验,研究了搅拌摩擦焊焊缝组织的宏观形貌。结果表明,带梯形螺纹特征的搅拌头能有效地增加塑化材料的流动性;焊缝的宏观组织可分为4个区域（母材区、热影响区、热机影响区和焊核）,与母材相比较,焊缝区的组织都发生了明显的变化;由于楔形挤压作用、空腔作用、温度差等缘故,前进侧与焊缝材料之间存在显著的相对变形差和组织差异,形成明显分界面;焊接空洞缺陷易出现在前进侧中部的分界面处;而在后退侧,焊缝材料塑性流动方向与母材材料塑性流动方向一致,母材的变形和组织与焊缝材料相差很小且变化均匀,二者的分界面不明显。     

搅拌摩擦焊和热处理复合工艺对2219铝合金组织性能的影响

研究了不同时效温度和时间对2219铝合金组织性能的影响,对比了搅拌摩擦焊-固溶-时效、固溶-搅拌摩擦焊-时效、固溶-时效-搅拌摩擦焊这三种复合工艺所得2219铝合金的力学性能。结果表明,2219铝合金最佳时效工艺是180℃/6h,其抗拉强度为386MPa,断后延伸率为24.8%,该工艺所得微观组织中晶界上没有位错和第二相粒子,晶内弥散着细小的θ″相。最佳复合工艺方案为搅拌摩擦焊-固溶-时效,所得2219铝合金抗拉强度为380MPa,断后延伸率为15.4%。该工艺所得焊缝组织晶粒异常长大,薄弱区为热影响区,单向拉伸所得断口的韧窝较大较深,底部存在着第二相粒子。     

一种铝合金薄板搅拌摩擦焊焊缝的超声快速检测方法

搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)薄板检测历来是一个难点,现在应用于薄板焊缝检测的方法多采用横波入射法及超声相控阵扇形扫查等,但这些方法都难以实现长直焊缝的快速检测与缺陷成像。采用超声相控阵C扫描直接从焊缝表面对焊缝内部缺陷进行C扫描,研究该技术对不同厚度薄板隧道型及未熔合缺陷的探测能力,开发一套用于快速相控阵检测的机械装置,并分析FSW焊缝表面对C扫描成像的影响。试验结果证明,采用超声相控阵技术对5 mm以上厚度板中0.3mm以上的侧孔及0.5 mm的平底孔具有良好的检测效果。     

搅拌摩擦焊工艺参数对2198铝锂合金焊缝成形及接头力学性能的影响

对2198铝锂合金薄板进行了搅拌摩擦焊试验,分析了搅拌头旋转速度和焊接速度对焊缝成形及接头力学性能的影响。结果表明:旋转速度(n)与焊接速度(v)的比值大于15.7时,能形成表面成形良好,且内部致密无缺陷的焊缝;接头焊核区形成了细小的等轴晶,前进侧热力影响区大部分为等轴状晶粒,后退侧热力影响区的板条状组织发生了变形,其周围出现了细晶粒;焊接速度为30mm·min-1时,接头的抗拉强度随旋转速度的增大而变小,其最大值为432.17MPa,焊缝的硬度低于母材的,热力影响区的硬度最低,焊核区的硬度略高于热力影响区的。随着n/v的增大,热影响区的软化区间变宽。     

搅拌摩擦焊焊缝快速检测系统研究

搅拌摩擦焊是一种新型的固相连接方法。在环缝焊接不同坡口时,要尽可能消除破口各处的间隙和阶差。因此在焊前需要对装配质量进行检验,以便对坡口不合格处进行调整。基于Lab VIEW软件,开发了一套搅拌摩擦焊焊缝坡口间隙快速检测系统。实验表明系统具有很好的检测效果。     

搅拌摩擦焊多平面搅拌头对材料流动行为的影响

与传统熔化焊相比,搅拌摩擦焊(Frictionstirwelding, FSW)因温度梯度较小,可以减少焊接裂纹和残余变形,是一种极具前途的铝合金固相焊接方法。相同焊接工艺参数下,搅拌头是影响焊接热输入和材料流动的主要因素之一,决定焊缝的组织与性能。基于固体力学有限元法和A7N01铝合金材料本构方程,建立基于Deform软件搅拌摩擦焊刚黏塑性仿真模型,并通过焊接试验的测温曲线和试验缺陷完成了模型验证,对比分析了圆台、三平面、四平面搅拌头平面对搅拌摩擦焊稳态焊接阶段的温度场、峰值温度曲线和材料流动行为的影响。结果表明,多平面搅拌头的焊接热输入高于圆台搅拌头,在材料塑性流动范围、流动均匀性和有效焊缝等指标方面优于圆台搅拌头。搅拌头的平面特征在材料流动过程中能够起到明显的挤压作用,从而细化焊缝区的晶粒,提高焊接接头的力学性能。基于仿真和试验结果分析,揭示了焊接犁沟缺陷的成因,并提出了预防措施。     

7075-T6铝合金搅拌摩擦焊组织及性能分析

选用旋转速度400～500 rpm、焊接速度100～140 mm/min的工艺参数对厚度16 mm的7075-T6铝合金板进行搅拌摩擦焊接,分析并讨论焊接接头的显微组织及力学性能.结果表明,7075-T6搅拌摩擦焊焊接接头由焊核区、轴肩影响区、热机影响区和热影响区组成.焊核区及轴肩影响区为细小的再结晶等轴晶组织;热机影...     

铝合金搅拌摩擦焊焊接过程缺陷分析

搅拌摩擦焊虽然能够避免熔焊过程中产生的缺陷,但若工艺参数选择不当,也会引入新的缺陷,包括隧道型、孔洞和沟槽、飞边、Z线与界线、吻接、摩擦面、背部等缺陷。在大量试验的基础上。总结了国内外搅拌摩擦焊焊接过程中出现过的缺陷种类,分析了缺陷产生的原因及其危害,提出了避免缺陷产生的方法,对生产实践具有一定指导作用。但是关于搅拌摩擦焊焊接过程中缺陷的形成机理还有待更深入的研究。     

焊接参数对TC4钛合金线性摩擦焊焊缝成形的影响

采用正交试验法,对TC4钛合金的线性摩擦焊工艺进行研究,通过对焊缝横截面的观察,分析了焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律。结果表明:线性摩擦焊的焊缝在宏观上可分为"X"型、"I"型和"V"型;摩擦压力对焊缝成形的影响最大,其次为频率和振幅;在其它条件相同的情况下,振幅减小使焊缝区变窄,同时会降低焊缝塑性金属的流动性,焊缝成形较差;当摩擦压力增幅小于振幅的增幅时,有利于得到成形较好的焊缝;频率增大时匹配大振幅虽能使热输入升高,但热损失也较大,不利于得到成形良好的焊缝。