铝合金搅拌摩擦焊-交叉点焊工艺

在铝合金传统搅拌摩擦点焊的基础上,以提高点焊接头力学性能为目标,提出"搅拌摩擦焊-交叉点焊"技术.其基本工艺原理是,搅拌头沿交叉轨迹做极短距离的往复式搅拌摩擦焊,以实现高性能的点焊连接.对4mm板厚5A02-H14铝合金进行"搅拌摩擦焊-交叉点焊"试验及分析.结果表明,该工艺可大大拓宽点焊接头的连接面积,并显著降低搭接界面畸变和匙孔处材料缺失的不利影响,与传统搅拌摩擦点焊相比,该工艺能够显著提高铝合金点焊接头的抗剪切性能.     

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/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.     

铝/钢无匙孔搅拌摩擦点焊焊接性分析

采用自行设计的无匙孔搅拌摩擦点焊方法对6061铝合金和DP600镀锌钢进行点焊(钢上铝下),利用扫描电镜、能谱仪及拉伸试验对接头的微观组织和力学性能进行研究.结果表明,搅拌头旋转频率为1200 r/min、预热时间为6 s和搅拌针长度为3.2 mm时,接头抗剪载荷可达11.2 kN.接头表面平整美观无匙孔;接头由搅拌区和扩散区组成,搅拌区内钢以弯钩状分布嵌入铝基体,形成牢固的机械连接;扩散区内铝和钢依靠界面上的金属间化合物连接,连接方式为冶金结合.接头断裂位置为扩散区化合物层与铝基体界面处,断口呈河流状的解理台阶,属于脆性断裂.     

异种材料填充式搅拌摩擦点焊研究

介绍了填充式搅拌摩擦点焊技术发展现状及国内外工程化应用现状,对异种材料铝和钢的填充式搅拌摩擦点焊性能进行探索研究,对高强点焊搅拌工具进行了研究。以铝合金中6061-T6和不锈钢中0Cr18Ni9Ti为研究对象,对2 mm试件进行填充式搅拌摩擦点焊连接,对点焊接头进行了显微组织、抗剪切性能等测试。试验结果表明,点焊接头性能较好,为后续工程化应用奠定了基础。     

搅拌摩擦点焊下压量对界面畸变的影响

通过采用针对同种铝合金点焊接头界面的铜箔示踪方法,对2 mm厚6061-T6铝板进行搅拌摩擦点焊工艺优化试验,设定点焊界面畸变几何特征参量,重点研究在不同轴肩下压量的条件下,接头界面畸变形貌特征的演变规律及其对接头力学性能的影响.结果表明,相较于其它焊接工艺变量而言,搅拌头轴肩下压量的变化对接头界面畸变形貌的影响最为明显;增加轴肩下压量可基本消除点焊接头界面翘曲,并能够拓宽有效连接区域,提高接头抗剪切性能.     

铝合金与钢的异种材料点连接研究现状

综述铝合金与钢的异种材料点连接技术的研究现状。介绍电阻点焊、搅拌摩擦点焊、自冲铆连接的工艺方法。对于铝/钢的电阻点焊,利用工艺垫片法能够改善接头温度分布;采用过渡层法能调控界面反应。铝/钢的搅拌摩擦点焊接头强度能接近铝合金同种材料接头强度。对铝合金与钢进行自冲铆连接时,铝合金作为下板时连接窗口比作为上板时较宽。     

基于搅拌摩擦点焊的船体维修工艺研究

采用不同的工艺参数对6 mm厚超低碳440钢船体进行了搅拌摩擦点焊维修试验,并对接头的拉伸性能和冲击性能进行了测试与对比分析。结果表明,与维修前的超低碳440钢船体相比,采用搅拌摩擦点焊维修后的船体接头的室温抗拉强度增加了402 MPa,达到母材的98%;-40℃冲击吸收功增加140 J,达到母材的95%,实现了较高质量的船体维修;其优选的搅拌摩擦点焊工艺参数为:搅拌头旋转速度800 r/min、焊接速度250mm/min、轴肩下压量3.3 mm。     

镁/钢无匙孔搅拌摩擦点焊接头连接机理与断裂方式研究

采用最新研制的无匙孔搅拌摩擦点焊设备对AZ31B镁合金和DP600镀锌钢板进行搭接点焊试验。通过对点焊接头宏观、微观组织形貌及断口分析表明,接头搅拌区结合界面处镁钢呈"楔状"与"弯钩状"相互嵌入对方基体中,形成牢固的机械互锁结构,而轴肩作用区结合界面平整,生成了厚度约6~9μm的"竹节状"中间层,其长度各不相同,且中间层之间存在裂纹;点焊接头拉伸断口有两种断裂方式,轴肩作用区为解理断裂,搅拌区为韧脆混合断裂;原位拉伸试验结果表明,应力集中最大的部位在镁钢两板之间点焊接头的焊点边缘处;接头的拉伸断裂面靠近镁侧,断裂时脆性中间层基本上留在了钢侧。     

基于响应面法的钛铝异种金属搅拌摩擦点焊工艺参数优化

为同时满足减轻质量和降低成本的需求,钛/铝复合结构具有很好的应用前景,但由于钛合金与铝合金之间的物化性能差异巨大,采用传统焊接方式很难形成可靠的连接,而搅拌摩擦点焊技术在连接异种金属方面优势明显,目前针对钛/铝合金的搅拌摩擦点焊研究较少.因此采用回填式搅拌摩擦点焊对2 mm厚的TC4钛合金和6061铝合金进行点焊试验,...     

镁钢无匙孔搅拌摩擦点焊工艺参数对接头扩散程度的影响

对DP600镀锌钢板和AZ31B镁合金板进行无匙孔搅拌摩擦搭接点焊试验,利用正交试验确定影响因素主次和最优试验方案,在最优焊接工艺下接头的拉伸载荷达到10.1 kN.通过分析接头宏观、微观形貌及界面元素分布,探讨不同工艺参数对接头元素扩散程度的影响,结果表明,搅拌区镁钢存在“弯钩”状的机械互锁结构,形成牢固的机械连接;扩散区镁钢发生了元素扩散,最优工艺参数下扩散层厚度为8 μm;在一定的范围内,增大搅拌头转速、轴肩下压量和搅拌针伸出量,可以促进元素之间的扩散,提高接头连接性能.     

镁铝异种金属的搅拌摩擦胶接点焊

对3 mm厚的AZ31镁合金和5052铝合金异种金属进行搅拌摩擦胶接点焊(Bonding-FSSW)试验,并分析了接头组织和硬度.研究结果表明,搅拌针长度的缩短和适当的轴肩尺寸能够获得成形质量和力学性能良好的点焊接头;在镁/铝交界处形成了一个由铝合金、镁合金以及胶接剂相互扩散组成的扩散层,该扩散层使得铝板与镁板上下紧密连接,并且连接处的硬度值最高.     

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%。     

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.     

汽车车身钢-铝搭接连接技术的研究现状

目前汽车车身钢-铝搭接的连接方式有机械连接、焊接和粘铆复合连接三种方式。为适应汽车轻量化的趋势,单一的连接方法已经满足不了钢-铝搭接接头性能的要求,其连接技术亟待创新。突破传统的工艺局限,在钢-铝中添加夹层(或粘结剂),采用特制的搅拌头进行热致搅拌摩擦点焊或是激光点焊。钢-铝接头的连接机理、过程形成特征以及接头受力、力学响应特征是当前研究的主要发展趋势。论文概述了其搭接连接的研究现状及成果,并展望了前景。     

新型铝钢搅拌摩擦焊对接工艺分析

以3 mm厚的碳素结构钢Q235与3 mm厚的2A12铝合金为基材,通过机械加工的方式沿厚度方向将钢端面加工成倾斜的锯齿形状,运用搅拌摩擦偏心焊完成钢和铝异种金属的连接,以异种金属的对接焊接接头为研究对象。从焊缝宏观组织可以看到,在搅拌针的搅拌与轴向顶锻力的共同作用下,锯齿顶部的钢发生软化并随搅拌针的搅拌迁移到铝基体中。运用XRD分析表明,结合界面处除了铁和铝之外,还形成了Fe Al、Fe Al2等金属间化合物,靠近铝侧的焊缝显微硬度比铝母材的硬度要高,原因是形成的金属间化合物使得其硬度增高,通过扫描电镜与元素能谱分析,锯齿的底部铝钢结合界面形成了一层比较薄的过渡层,铝钢接头以冶金和机械结合的方式为主。     

ABS塑料与6082铝合金搅拌摩擦点焊工艺及机理

针对2 mm厚的ABS塑料板和6082-T6铝合金进行搅拌摩擦点焊可焊性试验,并将成形较好的试件的横截面的形貌进行了观察分析,并对其进行力学性能的测试.结果表明,将铝合金板放在上,塑料板放在下的搭接方式可以实现良好的连接;最优工艺参数为搅拌头旋转速度为400 r/min,焊接时间为30 s,所得焊接接头的抗拉剪载荷最大为3.31 kN;点焊接头有两种断裂模式.     

AZ31镁合金搅拌摩擦胶接点焊接头组织和性能研究

提出搅拌摩擦胶接点焊(Bongding-FSSW)连接方法,并研究AZ31镁合金搅拌摩擦胶接点焊接头的组织和性能。结果表明,用密封胶进行胶接点焊,接头的抗拉伸剪切能力与FSSW接头相当,胶黏剂对搅拌摩擦点焊焊核的力学性能影响较小;使用高强粘结剂进行搅拌摩擦胶接点焊,接头的抗拉伸剪切性能明显优于单一的搅拌摩擦点焊、胶接接头的抗拉伸剪切性能;焊核区形成细小、均匀的等轴晶粒,而热机影响区和热影响区形成较为粗大的晶粒,且晶粒大小不均匀。     

车用铝合金搅拌摩擦点焊工艺

针对2 mm厚6082-T6铝合金搭接搅拌摩擦点焊进行工艺研究,以转速、下扎时间、回填时间、下扎深度为变量,进行不同试验,通过测量不同参数下的剪切强度、观察金相组织,获得了2 mm厚6082-T6铝合金搭接点焊的优化工艺参数。试验表明,最佳转速为2 100 rpm,最佳下扎时间为3 s,最佳回填时间为3 s,最佳下扎深度为2.7 mm。