根部螺纹搅拌针对搭接接头钩状缺陷和性能的影响

选用3 mm厚的7075–T6铝合金为研究对象,研究了根部带有螺纹的搅拌针对搅拌摩擦焊搭接接头钩状缺陷及拉剪载荷的影响. 结果表明,搅拌针上的螺纹可明显改变焊接过程中的材料流动;塑性材料在搭接面上部集中,挤压搭接界面,焊后搭接接头的钩状缺陷向下弯曲;搭接面处焊核区的宽度较搅拌针的直径明显增大. 因搅拌针端部无螺纹,焊接速度较大时接头底部会由于材料无法及时填充而产生孔洞缺陷. 随着搅拌头焊接速度的升高,搭接接头的拉剪载荷先上升后下降,最高载荷在焊接速度为40 mm/min时取得,为23.333 kN.     

汽车用5754铝合金板材搅拌摩擦焊工艺研究

对3 mm厚汽车用5754铝合金板材的搅拌摩擦焊(FSW)工艺进行系统研究,研究了焊接速度、轴肩直径和搅拌针长度等工艺参数对搅拌摩擦焊接头(对接和搭接)微观组织和力学性能的影响。结果表明,随着焊接速度的提高, 5754铝合金FSW对接接头的焊核区和轴肩区的面积逐渐减小,而搅拌针区面积先增大后减小。当焊接速度为300 mm/min时, 5754铝合金FSW对接接头的强度系数达到0.975,这是因为轴肩区和搅拌针区面积相近(面积比例为0.97),增大了焊核区和热影响区界面面积。随着5754铝合金FSW搭接搅拌针长度的增加,上下板材接触面积逐渐增大,最大拉力和抗剪强度呈先降低而后提高的趋势。研究结果表明,当上板为前进侧焊接时,焊缝中产生严重隧道缺陷,最大拉力显著减小;轴肩直径由10 mm增加到12 mm时,搭接接头中轴肩区和搅拌针区的面积相近,此时微观组织中没有隧道缺陷,接头的最大拉力和抗剪强度较高。     

锌夹层对铝-铜搅拌摩擦搭接焊接头的影响

对2mm厚的6061铝合金和T2铜薄板进行搅拌摩擦搭接焊接,采用30μm厚的纯Zn箔作为预置夹层,分析了Zn夹层添加对其搭接接头微观组织与力学性能的影响。结果表明,通过添加Zn夹层,可以实现Al-Cu异种金属之间的搭接焊接。在下压量为0.1mm时,接头成形良好,无明显焊接缺陷,此时载荷最大(2.8kN);随着下压量增加(0.2mm),钩状缺陷尺寸增加,导致有效板厚降低,使载荷略微下降;而过大的下压量(0.3 mm)会引起焊接缺陷。Zn夹层的添加,促进了接头钩状区中Al和Cu基体之间的合金化反应,形成了厚度约为4μm、以Al和Cu元素为主、且含有微量Zn元素的过渡层,从而减轻了钩状区尖端缺陷对接头性能的不利影响,同时增加了接头的有效连接面积,最终改善了接头质量。     

工艺参数对5754铝合金搅拌摩擦焊搭接接头剪切性能的影响

在旋转速度800 r/min和焊接速度300 mm/min条件下,对3 mm厚的5754铝合金板材进行搅拌摩擦焊搭接试验,研究了工艺参数(搅拌针长度、轴肩尺寸和上板承力位置)对搭接接头拉伸性能的影响规律。结果表明,搅拌针长度由3.2 mm增加到5 mm时,可以消除AS侧的隧道缺陷,但Hook缺陷依然存在于RS侧;当上板前进侧承力时,产生较大面积的隧道缺陷;当轴肩尺寸由12 mm增大到16 mm时,隧道缺陷消除,但是在AS和RS侧均存在Hook缺陷。5754铝合金FSW搭接接头的最大拉力和抗剪强度受隧道缺陷和Hook缺陷影响显著,当搅拌针长度5.0 mm或轴肩尺寸16 mm时,搭接接头的微观组织中没有隧道缺陷,并且Hook缺陷尺寸较小,5754铝合金搅拌摩擦焊接头的最大拉力较大,抗剪强度较高。     

半螺纹搅拌针对2024铝合金搅拌摩擦搭接焊力学性能影响

作为影响搅拌摩擦焊（FSW）过程中塑性材料上下流动的重要因素,搅拌针螺纹形貌同样对搅拌摩擦搭接焊（FSLW）的材料流动和力学性能有着重要影响.为研究半螺纹搅拌针对FSLW接头显微组织和力学性能的影响,文中将全螺纹搅拌针和半螺纹搅拌针用于包铝2024铝合金FSLW试验,并对不同搅拌针作用下的FSLW接头的横截面形貌、剪切拉伸载荷、断裂位置等方面进行分析对比.结果表明,半螺纹搅拌针会使钩状缺陷向下弯曲,从而使FSLW接头具有较大的有效板材厚度以及搭接宽度.断裂模式同为剪切断裂,但半螺纹搅拌针作用下的FSLW接头拥有更大的拉断载荷.     

不扎透上板对2024-T4铝合金搅拌摩擦搭接焊力学性能的影响

钩状缺陷是影响搅拌摩擦搭接焊接头性能的重要因素. 为了尽可能的避免钩状缺陷的产生,利用不扎透上板的方式对2024-T4铝合金进行焊接,重点分析不同转速下的接头横截面形貌及力学性能. 结果表明,利用不扎透上板的方式所得搭接界面保持连续且主要呈水平方向分布. 由于搅拌针长度较小,焊核区底部的宽度远大于搅拌针尖端直径,使有效连接宽度增加,导致搭接接头在承受拉剪载荷时呈拉伸断裂模式. 与转速为500 r/min相比,600 r/min下接头的有效连接宽度与剪切拉伸强度均有小幅度地增加,最大剪切拉伸强度为143 MPa.     

搅拌头倾斜角对搅拌摩擦焊AA2014-T6铝合金焊接接头强度和显微组织的影响（英文）

结合各种焊接参数,包括焊接速度、转速、轴肩和搅拌针直径、搅拌头倾斜角等,搅拌摩擦焊(FSW)已经广泛应用于制造铝合金接头。FSW参数能够显著影响焊接强度,其中,搅拌头倾斜角是一种重要的过程参数。因此,本文作者研究搅拌头倾斜角对搅拌摩擦焊铝合金(AA2014-T6)搭接焊接强度的影响。搅拌头倾斜角的变化范围为0°～4°,等值增量为1°,其他参数保持一致。采用宏观和微观组织分析、显微硬度测量、扫描电镜、透射电镜和能谱分析等方法对搅拌摩擦搭接接头的搭接剪切强度进行测定。结果表明,当搅拌头倾斜角为1°～3°时,可获得无缺陷的焊接接头;当倾斜角为2°时,可获得具有最大剪切强度(14.42kN)和显微硬度(HV132)的接头。采用1°和3°倾斜角焊接的接头其剪切强度较差,这是搅拌摩擦焊过程中焊接区域内物料流动不平衡导致的。     

焊后热处理对6A02-H112铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

针对6A02铝合金搅拌摩擦焊缝中易出现S线的问题,对10 mm厚6A02-H112铝合金轧制板进行搅拌摩擦焊接,研究焊后热处理对焊接接头性能的影响。结果表明,热处理使6A02铝合金FSW接头的强度和塑性大幅降低。拉伸试样横截面显微组织和断口形貌分析显示,焊接态FSW焊缝焊核区存在S线特征,且在焊缝中部向后退侧偏移。焊态试样在母材区发生断裂。热处理后,显微硬度显著提高,S线处硬度值相对较小,试样裂纹沿S线断裂,断口呈脆性断裂。     

厚板铝合金搭接搅拌摩擦焊组织及力学性能分析

对15.0 mm厚7N01铝合金进行了搭接搅拌摩擦焊连接,对搭接接头进行了显微组织、显微硬度、抗剪以及疲劳性能测试。研究结果表明,采用搅拌针长度为17 mm的搅拌头搭接接头抗剪性能最佳,抗剪强度为245MPa;搭接接头微观组织与对接接头相比并无较大差异,但在结合面处形成了"虎克缺陷"和"冷搭缺陷";搭接接头在摩擦热的作用下形成了一定的软化区,位于前进侧和后退侧的热影响区;焊核区的硬度在厚度方向上存在一定的差异性;当N=1×10~6次时,7N01(15.0 mm)铝合金搭接搅拌摩擦焊接头的条件疲劳极限为54.85 MPa,为母材的40.4%。     

不同接头形式6061-T6铝合金搅拌摩擦焊界面迁移特点及性能差异

试验研究了不同接头形式对6061-T6铝合金搅拌摩擦焊接接头成形及力学性能的影响,分析了接头成形及力学性能差异产生的原因.研究结果表明:其他焊接条件一定时,对接接头与搭接接头宏观形貌均呈"U"形,对接接头焊核区垂直方向上存在"S"线,底部存在轻微弱结合缺陷;搭接接头焊核区内部存在较为严重的冷搭接缺陷及Hook缺陷.两种...     

焊接速度对5754铝合金FSW接头微观组织和力学性能的影响

对3 mm厚的5754铝合金板材进行搅拌摩擦焊接，研究了搅拌头在转速800 r/min条件下，不同焊接速度(100 ~ 400 mm/min)对搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响. 结果表明，5754铝合金FSW接头横截面形貌呈“盆”形. 随着焊接速度增加，5754铝合金FSW接头的焊核区和轴肩区的面积逐渐减小，而搅拌针区面积先增加后减小. 当焊接速度为300 mm/min时，搅拌针区面积达到最大值6.66 mm2，轴肩区和搅拌针区面积比例为0.97，5754铝合金FSW接头的强度系数达到97.5%，这主要是因为轴肩区和搅拌针区面积相近，增大了焊核区和热影响区界面面积，从而提高了FSW接头强度，拉伸断裂在焊核区以外(热影响区或基材区)，断口为韧性断口. 当焊接速度为400 mm/min时，5754铝合金FSW接头的强度系数为58.8%，拉伸试样均断裂在焊核区，断口为脆性断口.     

静止轴肩搅拌摩擦搭接接头的成形与冲击性能研究

以2024-T4铝合金为研究对象,研究了静止轴肩搅拌摩擦搭接焊接头的成形和冲击性能。结果表明,利用静止轴肩可获得表面无弧纹、小飞边、内部钩状缺陷和冷搭接高度较低的搭接接头。前进侧搅拌针作用区边缘的冲击韧性最低,焊核区次之,后退侧搅拌针作用区边缘与两侧的轴肩作用区边缘具有较高的冲击韧性。     

阶梯形正反螺纹搅拌针对2A12-T4铝合金 FSLW接头力学性能的影响

搅拌针上螺纹分布情况会对搅拌摩擦焊接头内部材料流动行为产生重要影响,进而影响接头成形及力学性能. 采用锥形螺纹搅拌针和阶梯形正反螺纹搅拌针进行2A12-T4铝合金搅拌摩擦搭接焊试验,对比分析了两种搅拌针下搅拌摩擦搭接焊接头横截面形貌、显微组织、拉剪性能及接头断裂位置. 结果表明,两种搅拌针下接头横截面形貌均呈现“碗状”. 然而,在阶梯形正反螺纹搅拌针焊接下搭接界面后退侧出现特有的“括号”形貌. 相对于锥形螺纹搅拌针,阶梯形正反螺纹搅拌针下的接头热力影响区与热影响区晶粒分布相差不大,但焊核区晶粒细化程度更加明显;接头在焊接速度80 mm/min下可获得最大拉剪性能,其值为10.39 kN. 阶梯形正反螺纹搅拌针下接头界面后退侧出现的“括号”形貌阻碍了裂纹向焊核区进一步扩展,断裂模式表现为拉伸断裂.     

异种高强铝合金搅拌摩擦焊搭接接头的缺陷和拉伸性能

采用搅拌摩擦焊对5 mm厚2024/7075异种高强铝合金进行上下板交换位置的搭接焊试验,分析接头的缺陷特征和拉伸性能。结果表明:材料位置和焊接速度对缺陷和拉伸性能有较大影响。当2024铝合金为上板时,接头中存在大面积孔洞缺陷,焊缝表面粗糙,尤其在300 mm/min焊速下存在较严重的起皮缺陷;钩状缺陷为搭接接头的典型缺陷,低焊速(50和150 mm/min)下钩状缺陷向上扩展距离较大,7075铝合金为上板时高焊速(225和300 mm/min)下后退侧钩状缺陷水平向焊核区扩展距离较大;在低焊速下,7075铝合金为上板的接头强度较高;在高焊速下,2024铝合金为上板的接头强度较高;钩状缺陷严重减小接头的有效板厚和有效搭接宽度,是接头强度降低的主要因素,优化搅拌摩擦焊搭接工艺必须同时增大有效板厚和有效搭接宽度。     

工艺参数对铝锂合金搅拌摩擦焊搭接接头力学性能的影响

通过对铝锂合金搅拌摩擦焊搭接接头组织与力学性能测试,分析了不同焊接工艺参数对搭接接头拉伸性能的影响.结果表明,搅拌针的长度对接头性能影响最大,搅拌针长度从2.8 mm变为2.5 mm时,所有接头强度和塑性均有明显增加.旋转频率/焊接速度(η)对接头性能也有影响,随着η小幅度增加,接头的强度和塑性都有一定提高.在旋转频率为800 r/min、焊接速度为200 mm/min(η=4)条件下,接头的强塑性最佳,抗拉强度达到467 MPa,为母材的94％,断后伸长率为3.18％.从断口形貌观察发现,拉伸试样从前进侧搭接界面的“钩状”位置起裂,沿热影响区扩展至母材发生断裂.     

铝合金搅拌摩擦焊接技术的现状与展望

搅拌摩擦焊作为一种新型固相连接技术,具有优质、高效、节能、环境友好等优点,近年来在铝合金的焊接领域得到了成功的应用。综述了目前可实现铝合金搅拌摩擦焊接的主要结构形式,分析了各结构的工艺特征、微观组织、焊接缺陷以及力学性能等。研究现状表明,通过焊接工艺参数的优化,可以获得高质量的具有对接属性(对接、环焊缝等)的焊接接头,然而在具有搭接属性结构的焊接(搭接、对-搭结构、角接及T型结构等)中,很难消除接头中由于搭接面的存在而引起的钩状缺陷和冷搭接缺陷等,因此仍有待于进一步的深入研究。此外,对未来铝合金搅拌摩擦焊的研究方向进行了展望。     

AZ31镁合金无针搅拌摩擦点焊接头的显微组织与性能（英文）

采用无针搅拌摩擦点焊工艺,在没有加中间层锌的条件下,对厚度为1.8mm的AZ31镁合金搭接接头进行焊接。采用不同的搅拌头旋转速度与停留时间,研究工艺参数对接头显微组织和力学性能的影响。AZ31镁合金的无针搅拌摩擦点焊接头的显微组织可以分为搅拌区、热力影响区和热影响区。随着转速和停留时间的增加,搅拌区深度逐渐增大,钩状缺陷从两块板的界面处延伸至上板表面,接头的拉剪强度以及断裂模式(界面剪切和拔出断裂)均与钩状缺陷的形式密切相关。当搅拌头转速为1180 r/min、停留时间为9 s时,接头的拉剪强度达到最大值,为4.22 kN。上薄板显微硬度值及其波动明显高于下薄板的。     

搅拌摩擦焊过程搅拌针切面轮廓分析

基于搅拌摩擦焊接过程"切面分析法",建立了搅拌针切面轮廓特征点运动行为数学表达式,并在数学分析的基础上提出了"界面畸变"、"冷搭接"、"洋葱环结构"等搅拌摩擦焊接头特征的产生机制.基于上述研究结果,提出了一种搅拌针形貌优化思路,从改善塑性金属迁移行为的角度,通过三切面设计,有效消除了大厚度铝合金搅拌摩擦焊对接接头中的"S"线,以及筋板搭接接头中的"冷搭接"缺陷,研究工作为搅拌摩擦焊产品的研制提供了技术支持.     

搅拌针长度对搅拌摩擦搭接焊铝合金/钢异种材料接头组织性能的影响

通过搅拌摩擦搭接焊接6061铝合金/QP980钢异种材料,讨论了搅拌针长度（1.5和2.1 mm）对焊接接头组织和性能的影响。结果表明,6061铝合金/QP980钢搅拌摩擦搭接焊接头分为3层结构：上层为铝合金层,中间层为Fe、Al及金属间化合物混合层状结构,下层为钢层。其中,当搅拌针长2.1 mm时,铝合金层含有散落的钢碎片。在中间层检测到2种金属间化合物,靠近Al的深灰色层为Fe₄Al₁₃相,靠近钢的是Fe₂Al₅相。随着搅拌针长度的增加,接头的失效载荷从4 kN降低到3 kN。短探针焊接的接头在接合界面处断裂,而长探针焊接的接头在铝和钢的混合区断裂。孔洞缺陷和钢碎片是导致断裂位置发生变化的主要原因。此外,嵌入铝基体中的铁屑在变形过程中起应力集中和裂纹萌生的作用,降低了接头的力学性能。     

钛合金与铝合金复合接头的搅拌摩擦焊

为了避免搅拌头轴肩磨损及防止根部未焊透工艺缺陷,设计一种Ti/Al复合式接头,采用组合式搅拌头偏置扎入TC4钛合金与5A06铝合金对接界面进行焊接,研究其搅拌摩擦焊(FSW)工艺及组织性能. 在最佳FSW工艺条件下,完成对Ti/Al异种接头的组织结构及机械拉伸性能分析. 结果表明,接头拉伸强度达到铝合金母材强度的88.3%,断裂主要发生在铝侧焊核区内. 根据对接界面的形貌特征分析,重点讨论了Ti/Al对接界面的形成机制,认为采用较低的搅拌头转速和较小的搅拌针钛侧偏置量,可获得焊接质量较高的Ti/AlFSW接头.