焊接工艺参数对5383铝合金搅拌摩擦焊接头耐腐蚀性的影响

在制备不同焊接工艺条件下的5383铝合金搅拌摩擦焊接头的基础上,利用扫描电镜与能谱分析方法研究搅拌摩擦焊接头典型区域的宏观形貌特征与显微形貌特征,得到焊接速度、搅拌头转速及搅拌头压力等焊接工艺参数对接头耐腐蚀性的影响规律,结果表明:在特定的焊接工艺条件下,焊缝区域会产生S线。S线是接头腐蚀最严重的区域,其原因是由Mg元素偏聚、大量微孔的聚集与锰铁化合物的形成等三方面因素造成的;除S线及其附近区域外的焊缝其他区域的耐腐蚀性优于母材。同时,分析三种因素导致焊接接头耐腐蚀性降低的原理,阐述不同焊接工艺参数对5383铝合金搅拌摩擦时接头中S线形成的影响,提出利用减少焊接速度、增加搅拌头转速与提高搅拌头压力的方法来改善5383铝合金搅拌摩擦焊接头的耐腐蚀性。     

搅拌摩擦焊焊接温度数值模型及其影响因素

通过对搅拌摩擦焊过程进入稳定状态后摩擦产热与散热机制的分析,建立了搅拌摩擦焊焊接温度的数值模型。由数值模型可知,影响焊接温度的各种因素包括被焊材料和搅拌工具材料的物理性质、两者之间的摩擦因数、搅拌工具的尺寸、焊接参数、被焊材料表面受到的轴向压力和侧面受到的进给压力等,有些因素之间还互相影响,关系复杂。其中,搅拌工具的旋转速度、搅拌工具与被焊材料之间的摩擦因数、被焊材料表面受到的轴向压力及侧面受到的进给压力是主要因素。以聚氯乙稀板材搅拌摩擦焊为例,验证了在适当的取值范围内焊接温度数学模型的理论计算值与实测值基本吻合。     

下压量对7N01铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

在不同下压量(0.3,0.7,1.0 mm)下对7N01铝合金进行搅拌摩擦焊,研究了下压量对接头截面形貌、拉伸性能、抗撕裂性能及疲劳性能的影响。结果表明：下压量对7N01铝合金搅拌摩擦焊接头的拉伸性能影响不大;当下压量为0.7,1.0 mm时,接头的启裂能、裂纹扩展能及撕裂强度均相近,但当下压量为0.3 mm时,接头焊缝区域的启裂能、裂纹扩展能及撕裂强度均显著降低;随着下压量的增加,焊接接头疲劳强度增大;当下压量为1.0 mm时焊接接头的疲劳性能及抗裂纹扩展性能最优。     

搅拌摩擦焊焊接温度检测系统的研制

为了实现搅拌摩擦焊焊接过程中对搅拌工具和搅拌区域的实时温度检测,开发了一套焊接温度检测系统。系统采用无线数据传输技术,解决了位于旋转体的热电偶信号线的连接问题,通过无线供电技术实现了对测温装置的供电。详细介绍了系统研制的总体方案、硬件电路模块以及焊接温度检测软件的设计,同时分析了系统测温误差的影响因素和处理方法。通过搅拌摩擦焊实验,对研制的系统进行了工程验证,实验表明,该系统可精确测量焊接过程中搅拌工具及搅拌区域的温度,且测温范围宽、采样速度快、分辨能力高,具有较好的应用前景。     

工艺参数对6mm厚5052铝合金板搅拌摩擦焊接头的影响

对6mm厚5052铝合金中厚板进行搅拌摩擦焊,分析了搅拌头转速和焊接速度对接头宏观形貌、拉伸性能和硬度的影响,并观察了拉伸断口形貌。结果表明:当搅拌头转速为800~1 600r·min-1及焊接速度为80~560mm·min-1时均可以获得无缺陷和力学性能良好的接头;搅拌头转速过低时,易出现"隧道"型缺陷;随搅拌头转速增大或焊接速度降低,焊核区面积逐渐减小,"洋葱环"间距逐渐增大;焊核区由细小的等轴晶粒组成,平均晶粒尺寸约为5μm,约为母材的1/10;焊接工艺参数对接头力学性能的影响不显著,在工艺范围内其接头强度均可达到母材的90%以上,显微硬度则达88%以上;断口源于接头背面的原始焊接界面,沿原始界面断裂,终于接头返回侧,呈典型的切断断口形貌。     

关于铝合金薄板高速搅拌摩擦焊接搅拌头的新型设计

搅拌摩擦焊是新能源汽车电芯制造中代替传统激光焊接的关键方法。高速搅拌摩擦焊是提升电芯生产效率的关键工艺,科学的搅拌头尺寸参数设计方法可以有效减少高焊速条件下飞边沟槽缺陷,并提升电芯生产的合格率。基于对高焊速搅拌摩擦焊搅拌头的设计的理解,设计包括轴肩半径、轴肩摩擦系数、轴肩内凹角、轴针上半径、轴针下半径和轴针长度在内的高焊速搅拌头尺寸参数研究系统。针对铝合金薄板工业生产中质量需求,设计焊后焊缝质量评价指标。在考虑焊缝飞边大小、沟槽深浅以及左右材料交互比例的基础上,分析不同搅拌头参数影响下的焊接质量变化,获得搅拌头尺寸参数变化对焊接质量的影响规律,获得高焊速条件下的铝合金薄板搅拌摩擦焊搅拌头的最优设计。     

温度对搅拌摩擦焊接接头摩擦磨损性能的影响

通过对搅拌摩擦焊过程中铝合金板上各特征点在不同焊接参数的温度变化规律的检测,研究搅拌摩擦焊接参数对焊接过程温度场的影响,搅拌摩擦焊焊接接头的摩擦磨损行为,以及搅拌摩擦焊接头的摩擦磨损性能随温度的变化趋势。结果表明:在搅拌头旋转速度一定时,各特征点的温度峰值会随焊接速度的增加而降低,在焊接速度一定时,特征点的温度峰值会随搅拌头旋转速度的增加而升高;搅拌摩擦焊接头磨损表面呈现轻微的疲劳磨损特征,无明显的表层剥落开裂迹象;试样的磨损量与接头区域的焊缝成型有密切关系,而焊缝的成型质量与温度场的分布有密切联系,试验表明温度场梯度越小,磨损量越小。     

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。     

搅拌摩擦焊的温度分析

在介绍一种新型固相连接技术-搅拌摩擦焊技术的基础上，重点分析了搅拌摩擦焊的工艺规范对温度的影响。搅拌摩擦焊的搅拌工艺规范对焊接不同区域的温度有较大的影响。     

旋转速度对6061-T6铝合金高速搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

在高焊接速度(3 000 mm·min^-1)下分别对3 mm和4 mm厚6061-T6铝合金板进行搅拌摩擦焊,研究了高旋转速度(4 000～6 000 r·min^-1)对接头组织与拉伸性能的影响。结果表明：旋转速度越小越容易产生孔洞缺陷,旋转速度越大越容易出现过热氧化现象,增大旋转速度有利于接头区域再结晶形成致密组织,4 mm厚铝合金板焊接接头的焊接缺陷较3 mm厚铝合金板焊接接头严重;3 mm厚铝合金板在5 000 r·min^-1旋转速度下的焊接接头质量最好,拉伸性能最佳,抗拉强度和断后伸长率分别为265.82 MPa, 4.58%;4 mm厚铝合金板在6 000 r·min^-1旋转速度下的焊接接头质量最好,拉伸性能最佳,抗拉强度和断后伸长率分别为212.14 MPa, 4.03%。     

异种铝合金搅拌摩擦焊塑性流场的实验研究

本文针对LY12和LF21的异种铝合金进行搅拌摩擦焊焊接,在被焊件不同深度嵌入示踪原子,焊后进行切割、取样及金相试验,在Mef3大型金相显微镜观察金属流动情况及示踪原子的分布状况,对焊缝前进侧、返回侧及不同深度处流场进行分析。实验结果表明,一方面,靠近焊缝顶部的流动主要受轴肩的旋转摩擦控制,而靠近焊缝底部的流动则主要由搅拌针上螺纹的旋转搅拌控制,这就会产生不同的流动状况;另一方面,在焊缝前进侧靠近搅拌针的区域,材料随搅拌针一起从前进侧流向返回侧,而在离搅拌针较远的区域,材料会向后流动;但在焊缝返回侧,材料均向后流动,只有少量材料流到前进侧。另外,从返回侧向前进侧的材料流动将在焊缝产生一个材料的竖直混合,以及围绕焊缝纵向轴线的复杂的循环运动。     

铝合金搅拌摩擦接头的熔焊工艺研究

搅拌摩擦焊接(FSW)技术从发明至今得到了迅速发展,目前铝合金材料的搅拌摩擦焊工程化已分别应用至航空航天、轨道车辆等领域,但在这些领域里其工艺制造方面有待进一步探索和完善。本文从工艺研究角度,分析6005A铝合金材料的搅拌摩擦焊缝表面进行MIG熔焊工艺特性,对其接头的机械性能进行研究,并得出铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头的熔焊可行性,为搅拌摩擦技术的工程化应用提供依据。     

5A05铝合金薄板搅拌摩擦焊装配因素对焊缝质量的影响

文中通过5A05铝合金薄板搅拌摩擦焊对接试验,进行了力学性能分析和X射线探伤,研究接头错边量和间隙量对搅拌摩擦焊对接接头缺陷和力学性能的影响。试验结果表明当错边量大于0.5 mm或间隙量大于0.8 mm时焊缝力学性能下降并伴随下压量增大和缺陷的产生,接头缺陷与拉伸试验断裂部位大多在焊缝前进侧。错边量和间隙量对铝合金薄板搅拌摩擦焊对接接头力学性能及内部质量有重要影响,为保证焊接生产质量,搅拌摩擦焊焊接过程中应该严格控制接头错边量和间隙量。     

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.     

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.     

6061铝合金盒体的搅拌摩擦封装温度场研究

为明确航空电子元件盒搅拌摩擦封装过程中的温度场分布,建立了相应的温度数值模型,并在此基础上研究了不同加工参数下温度场的变化规律。结果表明:盒体上整体温度存在累积效果,焊缝峰值温度随时间增加;搅拌摩擦封装热影响区和作用范围远小于激光焊接,峰值温度更低;相比搅拌摩擦平板对接,盒体封装热源不对称性更加明显、侧壁前进侧温度更高、变化梯度更小。     

6061-T6铝合金搅拌摩擦焊温度场的数值模型和参数影响分析

针对带圆柱搅拌针的搅拌头,推导了一种搅拌摩擦焊热源模型的一般表达式,按照滑动摩擦、粘着摩擦和混合滑动摩擦与粘着摩擦3种机制计算其中的摩擦应力,得到3种热源模型。采用ABAQUS软件,通过子程序实现热源模型并进行加载,建立了12.7 mm厚6061-T6铝合金板的搅拌摩擦焊温度场数值模型。数值模拟结果与实验结果的对比表明:基于粘着摩擦和混合滑动摩擦与粘着摩擦的模型能较好地预测温度场,两者给出的焊接稳态温度场基本一致,而基于滑动摩擦的模型预测的温度场偏高。通过改变模型参数的取值,系统地研究了边界条件、预热时间、焊接参数、搅拌头结构尺寸对温度场、产热功率和搅拌头所受力矩的影响,得到一系列规律和指标。     

铝合金摩擦点焊工艺参数的优化

摩擦点焊是在搅拌摩擦焊基础上开发的1种新型固态连接技术.针对2 mm厚的LY12铝合金,采用正交试验设计方法对点焊工艺参数进行了优化.试验结果表明,搅拌头形状对焊点剪切强度的影响最显著,其次是焊接时间,搅拌头轴肩直径的影响最小.优化后的最佳工艺参数为：搅拌头旋转速度为2 500 r/min,焊接时间为12 s,轴肩直径为16 mm,搅拌头为探针带左螺纹圆柱形搅拌头.采用优化后的最佳工艺参数进行焊接,焊点的剪切强度达为9.24 kN,比优化前焊点最佳剪切强度提高了5.06%,是电阻点焊焊点剪切强度的1.5倍,是铆接接头剪切强度的2.5倍.     

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。