回填式搅拌摩擦点焊的研究进展

回填式搅拌摩擦点焊技术(RFSSW)是一种新型的固相点焊技术,它既拥有与搅拌摩擦焊(FSW)相同的效率高、能耗少、易操作和污染少等优点,又可消除匙孔,因此在航空、航天和汽车制造领域中有着广阔的应用前景。自发明以来,回填式搅拌摩擦点焊技术已被应用于各种铝合金、镁合金以及异种材料的焊接。文中综述了回填式搅拌摩擦点焊的研究进展,主要涉及回填式搅拌摩擦点焊的基本原理以及回填式搅拌摩擦点焊接头常见的缺陷、显微组织、力学性能,以及同、异种材料的回填式搅拌摩擦点焊工艺等内容,可对实际工程应用中提高回填式搅拌摩擦点焊接头性能以及合理选择回填式搅拌摩擦点焊工艺参数提供一定的借鉴作用。     

轴肩辅助加热6082铝合金摩擦塞补焊接头组织及力学性能

为了解决搅拌摩擦焊匙孔类体积型缺陷修复问题,在填充式搅拌摩擦焊基础上,采用轴肩与母材摩擦辅助加热的方法对同种材料铝合金匙孔类缺陷进行摩擦塞补焊,在不同的塞棒转速下得到了成形良好的塞补焊接头.?结果表明,由于热输入和材料形变作用,接头不同区域组织发生了明显变化.?不同塞棒转速下接头组织及分布状态相似.?一个完整的塞补焊接...     

2024铝合金电阻点焊与回填式搅拌摩擦点焊接头组织和性能

为了研究铝合金材料回填式搅拌摩擦点焊搭接接头与电阻点焊搭接接头的性能差异,采用2024铝合金材料分别开展了回填式搅拌摩擦点焊以及电阻点焊焊接试验。针对采用不同焊接方法获得的焊接接头的微观组织结构、显微硬度以及十字剥离强度进行了分析与对比研究。结果表明,2024铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头相对于电阻点焊接头,焊点形貌更加美观,可获得小尺寸的等轴细晶组织,不存在柱状晶组织结构,焊接接头力学性能明显提高,体现出了该焊接方法的技术优越性。     

回填搅拌摩擦点焊和传统搅拌摩擦点焊AA6061-T6接头的微观结构和力学性能的比较

在搅拌摩擦点焊过程中,通过添加填充板来改善摩擦成形过程,这种新工艺被称为回填搅拌摩擦点焊。分别采用回填搅拌摩擦点焊和传统的搅拌摩擦点焊工艺焊接AA6061-T6搭接焊样品,研究搅拌头的旋转速度对接头的力学性能和金相组织的影响。在不同的旋转速度下,回填搅拌摩擦点焊接头的静态剪切强度都比传统搅拌摩擦点焊接头的好。这归因于在回填搅拌摩擦点焊时,添加了填充板从而有更多的材料来填充孔洞,消除了形成的孔洞缺陷,从而使点焊焊核区的有效截面积增加。借助扫描电镜观察讨论了材料的失效机制,分析了断裂表面形貌。2种焊接接头的硬度曲线都呈W形,最小的硬度出现在热影响区。     

无匙孔搅拌摩擦点焊组织及剥离性能研究

针对2 mm的6082-T6铝合金薄板以搭接的方式进行无匙孔搅拌摩擦点焊,研究了工艺参数对剥离性能的影响规律,观察分析接头的金相组织和断口,并对接头进行了显微硬度的测试。通过正交工艺试验来确定无匙孔搅拌摩擦点焊十字搭接接头的最优工艺参数,研究结果表明:焊接接头的横截面宏观形貌呈瓢状,从焊接接头中心到母材,其金相显微组织可分为搅拌区、轴肩区和母材区;点焊接头的抗剥离载荷在最优工艺参数下可达5.24 kN;断口的断裂形式为韧性断裂。     

DP600/AZ31无匙孔搅拌摩擦点焊轴肩下压量对接头性能的影响

根据无匙孔搅拌摩擦点焊焊接过程的特点,建立了简化的热输入数值模型,利用有限元分析软件ANSYS模拟出1mm DP600镀锌钢板和2mm AZ31镁合金板搭接无匙孔搅拌摩擦点焊过程中的温度场,进而耦合得到不同轴肩下压量下焊接材料的应力场及变形量;通过对比分析不同轴肩下压量下接头横截面处宏观形貌的模拟结果与试验结果,总结得到接头界面迁移量的演变规律及其对接头力学性能的影响,从而为后续工艺试验参数的选取提供了科学依据。     

搅拌摩擦点焊疲劳性能研究

使用回填式搅拌摩擦点焊设备,对6系列铝合金弧焊焊接接头进行了搅拌摩擦点焊补焊试验,点焊补焊后试样表面平整光滑。对搅拌摩擦点焊补焊、MIG焊焊接接头进行了疲劳性能试验,研究发现,搅拌摩擦点焊补焊接头的疲劳寿命高于MIG焊焊接接头,断口组织更为致密。     

铝合金搅拌摩擦点焊工艺研究

采用回填式搅拌摩擦点焊设备,对6系列铝合金进行了搅拌摩擦点焊试验,优化了焊接工艺参数。对点焊对接接头的拉伸、弯曲性能,搭接接头的剪切、正拉性能以及搭接接头的疲劳性能进行测试,对搅拌摩擦点焊接头的性能进行综合评价,研究发现搅拌摩擦点焊接头力学性能优良。     

DP600/AZ31无匙孔搅拌摩擦点焊塑性金属流动特性及断裂行为

在最优焊接参数下,对1 mm DP600镀锌钢板和3 mm AZ31镁板进行无匙孔搅拌摩擦点焊试验,焊后对接头分别进行横切、纵切及层切,采用扫描电镜(SEM)分析焊接接头显微组织和断口形貌.结果表明,镁钢间的混合主要发生在搅拌针作用区域,形成"机械互锁"的组织形貌,有利于增加两种材料的有效接触,形成复相强化;轴肩作用区镁钢间搅拌不明显,界面较平滑,镁钢界面形成了金属化合物以及氧化镁,降低了接头的塑性和韧性.对DP600/AZ31无匙孔搅拌摩擦点焊焊接接头进行拉伸试验,发现焊接接头从搭接界面上断裂,断口呈"脉状花样",为延性断裂.     

DP600/AZ31无匙孔搅拌摩擦点焊塑性金属流动特性及断裂行为研究

在最优焊接参数下,对1 mm DP600镀锌钢板和3 mm AZ31镁板进行无匙孔搅拌摩擦点焊试验,焊后对接头分别进行横切、纵切及层切,采用扫描电镜（SEM）分析焊接接头显微组织和断口形貌.结果表明,镁钢间的混合主要发生在搅拌针作用区域,形成“机械互锁”的组织形貌,有利于增加两种材料的有效接触,形成复相强化;轴肩作用区镁钢间搅拌不明显,界面较平滑,镁钢界面形成了金属化合物以及氧化镁,降低了接头的塑性和韧性.对DP600/AZ31无匙孔搅拌摩擦点焊焊接接头进行拉伸试验,发现焊接接头从搭接界面上断裂,断口呈“脉状花样”,为延性断裂.     

2024铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头组织和性能研究

通过选用不同材质的搅拌头进行2024铝合金回填式搅拌摩擦点焊,并分析了不同工艺参数对接头宏观形貌以及微观组织的影响,得出H13钢搅拌头最适用于2024铝合金的回填式搅拌摩擦点焊。在有效工艺范围内,搅拌针转速越高,焊核区晶粒越细化;焊接时间变长,金属流动越充分,等轴晶粒得到细化;接头显微硬度以焊点为中心呈W形对称分布,焊点中心位置硬度相对均匀且较高。     

铝合金回填式搅拌摩擦点焊工艺试验

针对铝合金回填式搅拌摩擦点焊工艺,通过试验研究,分析了接头宏观形态,揭示了搅拌套旋转速度、下压深度、焊接时间等焊接工艺参数对点焊接头剪切力的影响规律。结果表明,接头剪切力均随旋转速度的提高、下压深度的增大和焊接时间的延长而增加。其中,焊接时间对点焊接头剪切力的影响最为显著。研究结果可为铝合金回填式搅拌摩擦点焊焊接工艺参数的选取提供参考。     

AZ31B镁合金/镀锌钢无匙孔搅拌摩擦点焊结合方式

采用无匙孔搅拌摩擦点焊和真空扩散焊对AZ31B镁合金和DP600镀锌钢板进行搭接点焊试验,利用扫描电镜、能谱仪及拉伸试验对无匙孔搅拌摩擦点焊接头与真空扩散焊接头进行微观组织及力学性能的对比分析.结果表明,镁钢无匙孔搅拌摩擦点焊接头结合方式为机械结合与冶金结合共同作用,冶金结合表现为:镁钢界面发生扩散生成由Mg、Fe、O形成的金属间化合物,镁合金中的合金元素与铁生成金属间化合物,机械结合表现为:钢像“钉子”一样插入到镁合金基体中,且在镁钢结合界面处,两种金属呈锯齿状咬合,接头抗剪切载荷平均可达10.36 kN,而只存在单纯扩散结合方式的真空扩散焊接头抗剪切载荷平均仅为2.5 kN.通过两种接头对比分析可知,机械结合对接头力学性能的贡献远远大于冶金结合,其接头结合方式以机械结合为主.     

DP600/6061无匙孔搅拌摩擦点焊温度场研究

根据无匙孔搅拌摩擦点焊过程的特点,建立了简化的热输入数值模型,利用有限元分析软件ANSYS模拟1 mm DP600镀锌钢板和3 mm 6061铝合金板搭接无匙孔搅拌摩擦点焊过程中的瞬态温度场分布和各特征点的热循环曲线。通过模拟结果与热电偶测得的各特征点温度曲线的对比,发现随着焊接过程的进行,最高温度出现在DP600上表面轴肩2/3处;对比分析不同搅拌头转速下焊点区域温度分布的情况,得到转速对温度分布的影响规律,进而验证了热输入模型和模拟方法的正确性,为工艺实验参数的选取提供科学的依据。     

高强铝合金可变转速回填式搅拌摩擦点焊温度场及接头组织性能调控

针对7B04-T74铝合金,采用可变转速回填式搅拌摩擦点焊(variable rotation speed-refill friction stir spot welding, V-RFSSW)新方法开展了数值仿真及试验研究. 结果表明,V-RFSSW温度场围绕搅拌头轴线呈圆形对称分布,焊点高温区域集中在搅拌套空腔内部. 与扎入阶段转速相同的常规回填式搅拌摩擦点焊(refill friction stir spot welding, RFSSW)相比,V-RFSSW新方法既可在扎入阶段使材料充分塑化,以保证焊点成形,同时,通过降低回填阶段搅拌头转速降低焊接峰值温度及高温停留时间,抑制组分液化的发生,避免了共晶相的生成. V-RFSSW与常规RFSSW接头显微硬度均呈“W”形分布,且扎入阶段转速相同的情况下V-RFSSW接头搅拌区平均硬度更高. 在拉剪载荷下两种接头均以“纽扣”形式发生断裂,其中V-RFSSW接头拉剪失效载荷为8835 N,高于RFSSW接头的8162 N.     

搅拌摩擦固相修复技术研究现状及发展方向

金属结构件在生产和使用过程中易出现裂纹、孔洞和沟槽等缺陷,搅拌摩擦焊具有热输入量小、焊接变形小和焊接效率高等优点,在金属材料修复领域具有巨大的发展潜力。首先总结了搅拌摩擦焊修复的修复性能和特点。由于搅拌摩擦焊修复仅能修复裂纹及体积较小的沟槽等缺陷,对于其他类型缺陷难以有效修复。针对搅拌摩擦焊修复的局限性,介绍了基于搅拌摩擦焊原理的搅拌摩擦点焊修复和搅拌摩擦增材修复。搅拌摩擦点焊修复分为回填式搅拌摩擦点焊修复、填充搅拌摩擦焊修复和摩擦塞焊修复,主要用于匙孔等孔洞类缺陷的修复。阐述了各类搅拌摩擦点焊修复的工作原理、修复接头性能和强化方式,并对比分析了各类工艺的不足之处。搅拌摩擦增材修复分为复合增材修复和增材搅拌摩擦沉积修复,主要用于大面积、大体积类表面缺陷的修复,论述了各类搅拌摩擦增材修复的作用机制、沉积层性能和工艺特点。最后对搅拌摩擦点焊修复和搅拌摩擦增材修复存在的问题及未来发展方向进行了展望。     

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。     

镁-钢异种金属无匙孔搅拌摩擦点焊工艺的研究

采用自行研制的无匙孔搅拌摩擦点焊方法对3mm厚AZ31B镁板和1mm厚DP600镀锌钢板异种金属进行搭接焊接(钢板在上,镁板在下),研究了其焊接工艺参数对焊点成形及力学性能的影响.通过正交试验结果分析表明:参数因素影响从主到次为:B(轴肩下压量)→A(搅拌头旋转速度)→C(搅拌针直径).在焊接时间一定时,确定了搅拌针伸出量为1.8～2.0mm、转速为1200～1500r/min、轴肩下压量为0.1～0.3mm、搅拌针直径为5.5～6.0mm时,得到的接头表面成形较好,接头剪切力均能达到7.5kN以上.     

铝合金液冷冷板的搅拌摩擦焊

针对钎焊工艺条件下铝合金液冷冷板钎焊缝存在的技术问题,对比分析了搅拌摩擦焊工艺技术在铝合金液冷冷板焊接应用上的技术优势,指出了采用搅拌摩擦焊工艺进行铝合金液冷冷板非实体结构的焊接时,要获得满意的接头焊接质量的前提是结构需满足一定的焊接接头设计要求.在试验基础上对搅拌摩擦焊的6063铝合金液冷冷板焊接表面压入量、焊接变形情况、焊接匙孔处理方法、焊接接头耐压性能和焊接接头组织状况进行了分析研究.     

镁钢无匙孔搅拌摩擦点焊(英文)

采用可回抽针的搅拌摩擦点焊装置,对1 mm厚镀锌钢板和3 mm厚AZ31镁合金板进行搅拌摩擦点焊。利用正交优化法以剪切力作为评价指标进行工艺优化,研究搭叠位置的影响及无匙孔搅拌摩擦点焊的连接机理。结果表明:搭叠方式对接头力学性能有很大影响,钢上镁下方式大大优于镁上钢下方式。XRD和EPMA线扫描分析发现在镁钢接头形成Fe_3Al和MgFeAlO_4等金属间化合物,同时存一定的扩散行为,接头连接方式主要是以机械结合为主,同时存在冶金结合。