异种金属材料搅拌摩擦焊的研究现状及展望

对近年来国内外异种金属搅拌摩擦焊的研究现状进行了总结。重点对异种材料搅拌摩擦焊的特点、应用及其组织演化特征进行归纳和分析。异种材料连接结构具有两种材料综合的优异性能,随着异种材料连接结构应用前景的不断扩大,采用搅拌摩擦焊接技术的优势是生产效率高、焊接变形小、成本低、质量好等。但是,异种材料的搅拌摩擦焊技术存在一个突出的问题就是接头中存在金属间化合物,这会对其力学性能产生十分不利的影响。因此,在进行异种材料的搅拌摩擦焊时,对金属间化合物的形貌及分布状态的控制是获得优良焊接接头的关键所在。     

铝/钢异种材料搅拌摩擦焊接研究现状及发展

铝/钢异种材料复合能同时发挥铝合金和钢的优点,铝/钢复合是实现"轻量化"的有效手段。归纳了铝/钢异种材料搅拌摩擦焊接的研究进展,综述了铝/钢异种金属搅拌摩擦焊的国内外研究现状。在对铝/钢接头内金属间化合物形成机理及控制方法,搅拌摩擦焊接过程中原子的扩散行为以及对于原子扩散的影响等方面的研究进行了论述,并对未来的研究方向进行了展望。     

水下搅拌摩擦焊改善中厚度铝/镁成形和性能的研究

以厚度6 mm的铝/镁异种材料的搅拌摩擦焊为研究对象,分别在空气以及26.5℃和5℃的水下环境下进行焊接,对比研究不同环境下的接头的微观组织、接头性能,并对粘头机理进行探究。结果表明,水下搅拌摩擦焊能够有效降低焊接过程温度,抑制脆性Al-Mg金属间化合物的长大,缓解搅拌头粘头现象,能有效改善焊缝成形和接头力学性能。5℃冷却水环境下得到的铝/镁搅拌摩擦焊接头的拉伸性能和延伸率最高,达到129.3 MPa和4.4%,分别是常规空冷接头的1.8和3.9倍。同时揭示了搅拌头粘着材料主要由Mg2Al3和Al固溶体组成,说明搅拌头粘头现象与Al-Mg金属间化合物的生成直接相关。     

异种材料及复合热源搅拌摩擦焊

在对接和搭接方式中,异种材料搅拌摩擦焊相较于同种材料分别具有一些额外的焊接参数,并且对搅拌头材料也有更苛刻的使用要求。总结近年来异种材料搅拌摩擦焊的研究现状,介绍异种材料搅拌摩擦焊过程中脆性金属间化合物的生成及其对焊接接头的力学性能产生的影响。从金属流动机理和数值模拟方面,研究金属间化合物的生成和成长规律,给出针对金属间化合物可能的解决方法。针对高熔点焊材,介绍复合热源搅拌摩擦焊技术、常用的辅助热源以及复合热源搅拌摩擦焊在异种材料搅拌摩擦焊方面的优点和研究的不足之处。     

铝与镁异种轻合金摩擦搅拌焊的研究现状

铝合金与镁合金异种接头焊接难度大,接头质量差,摩擦搅拌焊技术成为铝合金与镁合金异种接头焊接的新方向。对近些年来铝合金与镁合金异种接头摩擦搅拌焊的研究现状进行了综述,概括了焊缝成形、接头显微组织、焊接温度测量与控制及接头力学性能等方面的问题。得出了金属间化合物的形成严重影响焊接质量的结论,并提出了改善该问题的方法以及未来的发展方向。     

铝钢异种材料搅拌摩擦点焊研究现状

铝钢异种金属的连接对能源与材料的高效利用受到汽车相关行业的重视,搅拌摩擦点焊作为一种固态焊接方法可以大幅减少金属间化合物的不利影响,在异种金属的连接领域有着广阔的应用前景。通过阐述铝钢异种金属连接的主要连接原理,分析解释相关工艺参数及组织对焊接结果的影响,归纳总结了国内外关于铝钢异种材料搅拌摩擦点焊的相关研究现状,并探讨了目前铝钢搅拌摩擦点焊中存在的问题以及未来可行的研究方向。     

铝/铜异种材料搅拌摩擦铆接工艺

铝/铜异种材料的搅拌摩擦点焊接头的焊核区会存在较多的金属间化合物。为了减少这些硬脆且连续的金属间化合物对接头抗拉强度的影响,在搅拌摩擦点焊的基础上提出一种新型搅拌摩擦铆接技术。焊接中铝板(上板)预制孔中填充铜柱,使用旋转搅拌头下扎实现连接。研究结果表明,接头中未出现常规搅拌摩擦点焊中的Hook缺陷,铜柱的存在避免了铝板/铜板搭接界面处异种材料的混合,同时匙孔周围产生的铜层可以增加接头的机械互锁能力。铝板/铜柱垂直界面处发生原子扩散行为,形成由CuAl2以及CuAl组成的金属间化合物层。基于机械互锁与冶金结合的搅拌摩擦铆接技术可获得铝/铜异种材料的高质量接头。     

DP590钢/AA6061-T6铝合金异种金属对接搅拌摩擦焊温度场的数值模拟

为了研究DP590钢和AA6061-T6铝合金异种金属对接搅拌摩擦焊工艺参数对温度场的影响,优化实际焊接时工艺参数的可选择范围,首先建立了异种金属对接搅拌摩擦焊搅拌头摩擦生热的热输入模型,然后运用ABAQUS软件模拟出DP590钢和AA6061-T6铝合金对接搅拌摩擦焊的温度场,研究焊接过程中异种板材温度场的分布规律,最后通过调整焊接参数模拟出接头的温度分布,对比分析搅拌头偏置位置、焊接参数对接头温度场的影响。结果表明:钢铝异种金属对接搅拌摩擦焊焊接过程中的最高温度处位于DP590钢板侧,搅拌针偏置主要影响钢板的温度分布,搅拌头转速是影响焊接接头温度场的主要因素。     

铝合金搅拌摩擦焊接头织构研究进展

在铝合金搅拌摩擦焊(FSW)过程中,焊接接头中存在着织构的演变过程,这对焊接时材料的塑性变形与流动行为、接头性能和接头残余应力的检测均产生重要影响。综述了铝合金板中的织构及其在FSW中的演变过程,概括介绍同种铝合金、异种铝合金以及铝合金与其他材料异种搅拌摩擦焊接接头织构的国内外研究现状;指出铝合金搅拌摩擦焊接接头织构研究存在的不足,并展望铝合金搅拌摩擦焊接头织构研究的发展方向。     

镁/铝合金回填式搅拌摩擦点焊的组织与性能

选用5083铝合金和AZ31B镁合金为研究对象,研究焊接时间对异种合金回填式搅拌摩擦点焊接头的金属间化合物层和拉剪性能的影响.结果表明,当焊接时间为1 s时,Mg合金的流动性较差,接头中出现明显的孔洞缺陷;随着焊接时间的变长,孔洞缺陷消失.由于铝镁表面的氧化膜在焊接过程中被打碎且焊接温度高于铝镁的共晶温度,接头中心会形成一层液相层,焊后液相层凝固形成金属间化合物.接头的抗拉载荷随着焊接时间的延长先升高后降低,最优载荷在焊接时间为2 s时取得,为3.1 kN.     

轻质异种材料摩擦焊研究现状

由于异种材料物理、化学性能及力学性能方面存在显著差异,导致其在焊接过程中容易出现被氧化、形成脆性金属间化合物、焊接变形严重等焊接缺陷。而摩擦焊作为一种绿色固相连接技术,因其焊接温度低、焊接质量好、焊接过程稳定等优点,已经在异种材料焊接中得到了广泛的应用。详细综述了异种材料搅拌摩擦焊、线性摩擦焊轴向摩擦焊的国内外研究进展,涉及到焊接工艺、力学性能和成分分析等方面,着重介绍了铝合金、镁合金、钛合金等轻质材料之间的摩擦焊接,并对今后的发展进行了展望。     

铝/铜异种金属搅拌摩擦焊研究

搅拌摩擦焊作为一种固相焊接技术,它可以克服铝/铜在熔化焊接中的缺陷,提高接头质量,促进铝/铜异种金属在工业领域的应用。从搅拌摩擦焊焊接工艺、接头组织与性能等方面,综述了铝/铜异种金属搅拌摩擦焊技术在近几年的研究进展,总结了有待深入研究的问题。     

钢/铝异种金属连接工艺的研究现状

近年来采用钢与铝异种金属连接结构的产品越来越多,采用钢铝异种金属焊接可以减轻结构部件的重量,实现轻量化。但钢铝焊接时易出现裂纹、金属间化合物等,严重影响了焊接接头质量。笔者阐述了近年来国内外钢铝异种金属之间各种焊接工艺（压焊、钎焊、熔焊、搅拌摩擦焊）的研究现状,认为激光熔-钎焊方法既易于控制焊接热输入,又能较好的控制钢铝金属间脆性物质层,是一种实现钢与铝异种金属连接的具有前景的工艺。     

6061-T6铝合金与PMMA的搅拌摩擦焊工艺

搅拌摩擦焊在铝合金金属焊接中有着广泛的应用,也可以将金属、聚合物异种材料焊接在一起.文中对铝合金和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)这2种常用异种材料的焊接进行了研究,将6061-T6铝合金与PMMA薄板进行搅拌摩擦焊试验,验证异种材料搅拌摩擦焊的可行性,选取6061-T6铝合金与PMMA成形较好的焊接接头进行拉伸试验.结果...     

7075铝合金与H68黄铜的搅拌摩擦焊组织分析

采用金相显微镜对7075铝合金与H68黄铜异种材料搅拌摩擦焊接头组织进行观察、采用X射线衍射仪（XRD）对焊接接头中相结构进行分析,并采用显微硬度计对焊接接头硬度分布进行测试.结果表明,搅拌针的旋转频率为1 100 r/min,焊接速度为80 mm/min时,焊接接头未形成金属间化合物,焊核区晶粒细化,且显微硬度值增加...     

搅拌摩擦焊接技术研究现状及趋势

从搅拌摩擦焊材料的流动行为、焊接参数、异种材料焊接、高熔点金属焊接、焊接方法的改进以及新型材料接头的研究等几个方面对近五年来国内外关于搅拌摩擦焊技术的研究现状进行了介绍和总结,并根据目前的研究趋势对未来这一领域的研究做出了预测和展望。     

铝/钢异质金属搅拌摩擦焊研究进展

由于铝、钢的热物理性能差异较大,且铁在铝中的固溶度极低,铝/钢异质金属焊接已成为该领域研究的难点与热点。搅拌摩擦焊具有热输入低、热循环时间短等优点,能够有效控制铝/钢接头中金属间化合物的生长,从而获得高质量的焊接接头。文中综述了铝/钢异质金属搅拌摩擦焊国内外研究现状,涉及搅拌头材料选择与结构设计。此外,分析了对接、搭接与点焊三种形式接头的组织与性能,并探讨了铝/钢搅拌摩擦焊技术的未来研究方向。     

Mg/Al异种金属焊接的研究现状

Mg/Al异种金属焊接的主要问题在于母材本身极易氧化,热传导系数大,易产生热裂纹和气孔等缺陷,尤其是极易形成金属间化合物,都严重影响了焊接接头的性能。本文在对常规熔焊如TIG焊、电子束焊、激光焊等方法进行了总结的基础上,归纳了抑制金属间化合物产生的方法,包括加入第三种元素、采用复合热源以及固相焊如扩散焊、搅拌摩擦焊等。从控制金属间化合物的角度来看,固相焊的研究仍将是Mg/Al异种金属连接的主要发展方向。     

钛合金与铝合金异种金属焊接的研究现状

对钛/铝异种金属焊接过程中脆性Ti-Al金属间化合物的控制方法进行了综述,介绍了熔化焊(激光焊、电子束焊)、钎焊、熔钎焊、扩散焊、搅拌摩擦焊及爆炸焊的研究现状,并对存在的问题与发展趋势进行了讨论。结果表明,钛/铝焊缝中极易形成脆性的Ti-Al金属间化合物,导致钛/铝接头强度的降低。在激光焊、电子束焊过程中,通过热源偏移的方式可以降低Ti-Al金属间化合物含量;采用合理的中间层,既能降低Ti-Al金属间化合物的含量又能形成塑性更好的金属间化合物。采用熔钎焊工艺并选用合适的填充材料,可以有效地抑制Ti-Al金属间化合物的生成。采用扩散焊工艺、通过添加中间层、在钛表面渗铝及合理控制工艺参数,能有效减少Ti-Al脆性金属间化合物的生成,但接头的抗拉强度不高。采用搅拌摩擦焊并通过添加中间层抑制钛/铝接头中Ti-Al脆性金属间化合物的形成,获得性能良好的钛/铝接头,但会受到焊件的形状的影响。采用爆炸焊工艺,可以细化界面中的金属颗粒,提高钛/铝接头的强度。     

摩擦增材辅助Ti/Al搅拌摩擦搭接接头特征分析

为解决Ti/Al异种材料搅拌摩擦焊接接头强度低、搅拌针磨损等问题,提出一种摩擦增材辅助搅拌摩擦搭接焊(friction addition-friction stir lap welding, FA-FSLW)技术. 该新工艺延续了固相连接的优势,具有热输入量低、界面金属间化合物薄等特点.文中研究了以6082铝合金作预沉积层辅助实现3 mm厚2A12铝合金板与4 mm厚TC4钛合金板之间的连接,焊接过程中搅拌头扎入铝沉积层而不接触钛表面,得到抗拉载荷最大为12.2 kN的接头.结果表明, FA-FSLW复合焊接头的界面迁移越大,接头承载越小.同时,发现界面处的Ti, Al元素发生了明显互扩散,Si元素在界面偏聚,与Ti, Al元素发生冶金反应后形成层状纳米级Ti-Al-Si金属间化合物,为提高接头强度奠定基础.