搅拌针形状对搅拌摩擦焊焊缝S曲线形成的影响

采用四种不同形状搅拌针的搅拌头进行搅拌摩擦焊试验,研究了搅拌针形状对LF6铝合金搅拌摩擦焊焊缝S曲线形成的影响.结果表明:通过改变搅拌针形状可以改变焊缝塑化金属的流动行为及结合面材料的破碎程度,从而影响S曲线的形成.当焊接参数一定时,在光面搅拌针中,圆锥光面搅拌针较圆柱光面搅拌针更易形成S曲线;表面带螺纹搅拌针中,圆柱右旋螺纹搅拌针较圆柱左旋螺纹搅拌针更易形成S曲线.搅拌针形状不变,降低焊接速度,可以改善焊缝塑化金属流动性,使结合面材料的分布不连续,S曲线逐渐消失.     

搅拌针形状影响搅拌摩擦焊过程金属塑性流动规律的数值模拟

考虑材料参数随温度的变化关系以及搅拌工具的实际结构,利用Fluent流体力学软件建立了搅拌摩擦焊的有限体积模型,对搅拌针的形状影响材料塑性流动行为的规律进行了研究.结果表明,材料的流动速度随着到焊件表面以及到搅拌针旋转轴的距离增加而减小;当减小搅拌针的锥角以及减小搅拌针的螺纹槽宽度时,焊件内部材料的流动速度得到提高.当搅拌工具在焊接过程中顺时针旋转时,对于左螺旋搅拌针,搅拌针附近的材料向下流动,而热力影响区材料的流动方向向上,此规律与右螺旋搅拌针时相反.     

搅拌针形状对搭接焊缝界面迁移的影响

采用搅拌针长度相同而形状不同的搅拌头对3mm厚的LY12CZ铝合金进行了搅拌摩擦焊搭接试验。结果表明,表面带有螺纹的搅拌针使板材间的搭接界面在厚度方向上发生迁移,左螺纹使邻近搅拌针的塑化金属向下迁移,在搅拌针端部积聚,挤压周边金属向上运动,导致搭接界面向上迁移;右螺纹使邻近搅拌针的塑化金属向上迁移,在搅拌针根部积聚并受轴肩作用,挤压周边金属向下运动,导致搭接界面向下迁移。若搅拌针表面是光滑的,搭接界面在厚度方向上的迁移减小,但返回边界面向焊缝中心延伸的程度增大。     

轴肩形貌对铝合金搅拌摩擦焊焊缝金属流动的影响

采用轴肩凹面内渐近线凹槽个数分别为0,2,4,6的搅拌头,并结合镶嵌标示材料方法进行焊接试验,分析轴肩形貌对焊缝金属流动影响.结果表明,随渐近线凹槽数增加,焊核区尺寸及其两侧标示材料向上迁移最大高度先增大后减小,同一焊缝中前进侧标示材料迁移高度始终大于返回侧.使用渐近线凹槽数为4个的搅拌头焊接时可使焊缝中的疏松缺陷消失,且焊核区面积、宽度及其两侧标示材料向上迁移高度最大.适当增大渐近线凹槽数,可增大金属塑化程度及其向下迁移量,改善焊缝成形质量.     

搅拌摩擦焊焊缝塑性金属流场的数值模拟

依据流体力学理论,建立搅拌摩擦焊的三维流场有限元模型,根据试验参数确定流场的定解条件对搅拌摩擦焊过程进行数值模拟,得到了焊缝塑性金属的三维速度场、流线轨迹.结果表明:焊缝上部金属呈规则的层流,下部金属呈不规则的紊流;塑性金属在厚度方向上发生了循环迁移,搅拌针附近的塑性金属沿搅拌针向上迁移,其外围的金属则向下迁移.     

搅拌摩擦焊焊缝塑性金属流动的实验研究

用铝箔作为标示材料,进行了LY12铝合金的搅拌摩擦焊试验.焊后在与焊缝表面平行的截面上,观察了标示材料在焊缝中流动的痕迹.结果表明,左旋螺纹探针搅拌头搅拌摩擦焊过程中,焊缝材料在水平面的流动与焊缝中心是不对称的.在焊缝上部,前进边的标示材料向前迁移,而返回边的标示材料绕过搅拌针向后迁移;在焊缝中下部,搅拌针周围出现塑性环.     

搅拌摩擦焊焊缝材料塑性流变研究概述

搅拌摩擦焊焊缝金属塑性流变直接关系到焊缝组织形成，是决定焊缝质量的关键。介绍了目前搅拌摩擦焊焊缝金属的塑性流变研究现状，从试验和计算机模拟两个方面分别加以介绍。     

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。     

搅拌针表面形状对焊缝金属轴向迁移的影响

采用不同表面形状的搅拌针对20 mm厚7075铝板进行焊接,分析其对焊缝金属沿轴向迁移的影响.结果表明,使用圆锥形搅拌针焊接时,随着旋转速度增加,焊核区面积、塑化金属沿两边向上迁移高度先增大后减小,疏松区面积则先减小后增大.同一焊缝中焊核区内塑化金属沿前进边向上迁移高度大于返回边.采用375 r/min旋转速度焊接时获得的焊核区面积、塑化金属向上迁移高度最大,疏松区面积最小.而使用三角平面搅拌针焊接时,瞬时空腔的出现增强了沿焊缝水平方向上"抽吸-挤压"效应,同时改善塑化金属沿轴向上的流动性,导致疏松缺陷消失.     

搅拌摩擦搭接焊用搅拌头形貌优化研究进展

搅拌摩擦焊是一种新型固相连接技术,它的出现为铝合金等轻质合金的连接提供了新的有效途径。文中综述了关于搅拌摩擦搭接焊接头的基本特征、材料流动机理、搅拌头形貌优化等方面研究成果,并在此基础上对搅拌摩擦搭接焊中搅拌头的优化进行了展望。     

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.     

搅拌针偏心距对焊缝金属塑性流动行为的影响

采用搅拌针偏心距分别为0.1,0.2,0.3,0.4 mm搅拌头对叠层进行焊接试验,分析其对焊缝金属塑性流动行为影响.结果表明,焊缝由轴肩区、紊流区、焊核区及挤压区组成,其中紊流区为焊核区和轴肩区挤压金属形成的结果,前进侧挤压区金属变形尺寸明显大于返回侧.随偏心距增加,焊核区面积、宽度及挤压区标示材料向上迁移高度先增大后减小,前进侧标示材料向上迁移距离大于返回侧.由0.2 mm偏心距搅拌头获得焊核区面积和标示材料向上迁移距离最大.但焊核区宽度最大焊缝由0.3 mm偏心距搅拌头获得.根据焊缝金属塑性流动形态,提出搅拌针波动式挤压物理模型.     

焊接参数对LY12铝合金FSW焊缝S曲线形成的影响

在铝合金中镶嵌标识材料进行搅拌摩擦焊试验,分析了焊缝中S曲线的形成原因;并用圆锥光面搅拌针的搅拌头,研究了焊接工艺参数对LY12铝合金焊缝中S曲线形貌的影响.结果表明,焊缝中S曲线是原始界面与其周边金属一起位移、变形的结果;S曲线的形状取决于焊缝上部金属的旋转运动、搅拌针与原焊接面之间的相互作用以及焊缝底部金属朝远离焊缝中心线的方向和板材上方移动的综合作用.对于圆锥光面搅拌针,当焊接速度一定时,增大搅拌头的旋转速度;或当搅拌头旋转速度一定时,降低焊接速度,S曲线在焊缝厚度方向的贯穿区域减小并最终消失.     

搅拌摩擦焊接缺陷的补焊方法

搅拌摩擦焊接方法在某些条件下也会造成焊接缺陷的产生,其中对接头性能有显著影响的缺陷包括沟槽、孔洞和未焊合.针对这三种类型的缺陷,用搅拌摩擦焊接方法进行补焊,以此研究补焊接头的焊缝成形和力学性能.结果表明,采用搅拌摩擦补焊方法能够消除沟槽、孔洞和未焊合等搅拌摩擦焊接缺陷;在优化的补焊工艺参数下,能够获得焊缝成形良好的补焊接头,其性能与优质原始接头的性能相当;补焊接头在拉伸测试中均在焊缝的后退侧发生断裂,拉伸断口具有明显的韧窝特征.     

搅拌头及工艺参数对厚板7050铝合金搅拌摩擦焊成形的影响

探索了搅拌头及工艺参数对7050铝合金搅拌摩擦焊接焊缝成形的影响.试验结果表明:搅拌头设计不合理及工艺参数选取不当都将导致焊缝成形不良.轴肩尺寸过大是导致焊缝出现隧道型孔洞的主要原因.工艺规范过强时,焊缝易产生飞边和隧道型孔洞等缺陷.在本试验条件下,采用Ⅲ号搅拌头、旋转速度300 r/min和焊接速度95 mm/min...     

6082铝合金搅拌摩擦焊焊缝的电化学腐蚀行为

通过室温静态挂片试验以及动电位极化曲线测试,在室温0．2mol／LNaHSO3＋0．6mol／L NaCl溶液中,对6082铝合金搅拌摩擦焊（FSW）焊缝以及6082铝合金母材的电化学腐蚀行为进行了研究。结果表明,主轴转速为1200r／min,焊接速度为200mm／min,搅拌头倾角为3°时的焊缝与母材相比,平均腐蚀速率较小,腐蚀电位Ecorr正向移动,腐蚀电流密度J变小。同时使用扫描电子显微镜（SEM）对室温静态挂片试验试样的表面形貌进行了观察,发现焊缝表面上只出现少量较浅的点蚀坑,而母材表面的点蚀现象较为严重。     

Influence of tool pin design on properties of dissimilar copper to aluminum friction stir welding

Dissimilar friction stir welding (FSW) of copper and aluminum was investigated by nine different tool designs, while the rest of the process parameters were kept constant. Mechanical and metallurgical tests such as macrostructure, microstructure, tensile test, hardness, scanning electron microscope and electron X-ray spectrographs were performed to assess the properties of dissimilar joints. The results exhibited that, the maximum joint strength was achieved by the tool of cylindrical pin profile having 8 mm pin diameter. Besides, the fragmental defects increased as the number of polygonal edges decreased, hence the polygonal pin profiles were unsuitable for dissimilar FSW butt joints. Furthermore, the tensile strength increased as the number of polygonal edges increased. Stir zone of polygonal pin profiles was hard and brittle relative to cylindrical tool pin profiles for same shoulder surface. Maximum hardness of HV 283 was obtained at weld made by the polygonal square pin profile. The hard and brittle intermetallic compounds (IMCs) were prominently presented in the stir zone. Phases of IMCs such as CuAl, CuAl₂, Cu₃Al and Cu₉Al₄ were presented in the stir zone of dissimilar Cu–Al joints.     

搅拌摩擦焊接过程中搅拌针锥角和预热对温度分布的影响

搅拌摩擦焊(FSW)被广泛应用在工业上,用来连接有色金属,尤其是铝合金。采用基于有限元分析的三维模型研究FSW过程中铜C11000的热特性。模型包含了搅拌头的机械作用和待焊接材料的热性能,以材料和搅拌针以及轴肩之间的摩擦作为热源。结果表明,温度的预测结果与实验结果具有良好的一致性。此外,数值模拟方法可以简单地应用于测量搅拌头下方工件的温度。研究了预热温度和搅拌针锥角对温度分布的影响。搅拌针锥角的增加可提高焊缝周围的温度,但预热不会影响焊缝周围的温度分布。