搅拌摩擦钎焊制备铝/钢防腐双金属复合板新技术

针对传统搅拌摩擦焊因针的磨损而难以适用钢材的不足,西安交大焊接研究所开发了一种摩擦钎焊专利技术,并用其成功地制备了铝/钢(Al/steel)防腐双金属复合板。该技术以摩擦热作为热源,采用无针柱状搅拌头,并预置合适钎料在大气环境下施焊。与传统搅拌摩擦焊的区别在于,用母材的快速熔解代替其塑性变形(特别是较硬的钢材);可避免钢材对针端的磨损;无匙孔。与传统炉中钎焊相比,免用钎剂与保护气体;加热/冷却速率快;可导入压力以挤出多余低强度、低熔点钎料,并使焊缝致密并强化;多途径有效抑制金属间化合物过度增厚。     

铝与钢、不锈钢、铜焊接,复合板制备及匙孔填充新技术——搅拌摩擦钎焊(FSB)的系列应用

对传统搅拌摩擦焊因针的磨损而难以适应较硬金属材料的不足,西安交通大学开发了一种"搅拌摩擦钎焊(friction stir brazing:FSB)"专利技术,并利用该技术成功焊接了铝/钢、铝/铜和铝/不锈钢异种金属搭接接头,且成功焊接了铝/钢和铝/不锈钢双金属复合板。该技术以洁净高效的摩擦热为热源,采用无针柱状搅拌头,并预置合适钎料在大气环境下施焊。与传统炉中钎焊相比,因工具对界面的挤压与扭转作用,具有明显的去膜优势;与传统搅拌摩擦焊相比,该技术用母材的快速溶解代替较硬材料的塑性变形,通过"界面扭转、挤压+膜下潜流(钎料的加入)+加压挤出"多种机制有效去除母材表面的氧化膜,且可以避免较硬材料对搅拌头针端的磨损,不产生匙孔。     

铝(铜)/不锈钢异种金属大直径搅拌摩擦钎焊界面组织特征与工具的去膜效果

为了同时消除搅拌摩擦搭接焊过程中搅拌针的磨损与匙孔、增大单次焊道的焊合面积,开发了无针工具并预置钎料的搅拌摩擦钎焊(FSB)新工艺。为进一步证明FSB可利用旋转工具借助机械途径破除界面氧化膜、改善润湿性,选折了表面氧化膜难破除的不锈钢(SUS)作为下板的两种异质金属组合(Al/SUS与Cu/SUS),采用Φ40 mm大直径无针工具与Zn箔钎料施焊。微观组织分析发现,Al/SUS组合在不锈钢界面侧形成了6～7μm连续金属间化合物层,并在Al侧形成了约20μm混有少量粒状物(含Fe)的混合层;特别是铜作上板的Cu/SUS组合,众多粒径约2μm不锈钢微粒被搅拌混入上板Cu材中,形成厚约5μm的复合材料式界面层。上述结果表明, FSB无针工具在直接搅拌上板表面的同时,又能间接搅拌焊接界面以破除界面氧化膜;同时界面处的搅拌破膜效果与上板的软化程度、屈服强度等因素有关。     

搅拌摩擦对接焊根部弱连接特征、成因及液相溶解消除方法

搅拌摩擦对接焊根部弱连接缺陷（kissing bond ，KB）源于针长短（搅不到）、针尖细（搅不动）及无法横向加压机构（加压难），而且对压入深度的微幅波动敏感，因此成为具有一定不确定性的难以根除的棘手缺陷。为了消除根部弱连接缺陷，分析综述了KB的成因、特征与现有消除方法，在搅拌摩擦钎焊的研究基础上，提出了“根部钎焊辅助的搅拌摩擦对接焊”新方法，即在根部下方与垫板之间预置能与母材发生共晶反应的钎料（视需要在根部界面间预置钎料），在形成液相后，向上溶解位于针尖下方的薄层固态母材（温度高、变形大），实现根部去膜与根部混合，达到消除KB缺陷的目的。该方法具有免除二次减薄、降低对焊接根部塑性流动苛求的优点。     

油气管道环焊缝搅拌摩擦焊机的研制

为了保障油气管道对接环焊缝的焊接质量,提高焊接效率,开发设计了专门用于油气管道对接环焊缝的搅拌摩擦焊机。介绍了搅拌摩擦焊接（friction stir welding,FSW）的焊接机理以及油气管道对接环焊缝搅拌摩擦焊机的主要构成及其工作参数。该焊机的机械系统主要由支撑系统、夹持系统、环形运动驱动系统、搅拌头系统与退出孔消除系统等组成,焊机最大扭矩达186 N·m,可以在较宽的焊接参数范围内完成多种材质、不同直径管道的搅拌摩擦焊接。     

LY12铝合金搅拌摩擦焊接头组织与应力分析

为了研究不同焊接条件对LY12铝合金搅拌摩擦焊焊接接头组织和性能的影响,对3 mm厚LY12铝合金板进行了搅拌摩擦焊对接,观察分析在不同焊接条件下焊接接头微观组织的变化。并利用ANSYS软件模拟结果分析了焊接接头温度场及应力场分布情况。结果表明,LY12铝合金板材经搅拌摩擦焊接后,在焊缝区得到组织均匀、晶粒细小、平均晶粒尺寸细小的再结晶晶粒;焊接板材边缘区域为拉应力,其他区域均为压应力,而且压应力自搅拌针向外逐渐减小,最大压应力出现在搅拌针及轴肩所在区域。     

搅拌摩擦处理（FSP）——一种新型绿色表面强化技术

搅拌摩擦处理（friction stir processing缩写为FSP）是由美国密苏里大学（University ofMissouri）的R S MISHIRA于2000年基于搅拌摩擦焊工艺提出的材料改性与制备新技术。简要概述了搅拌摩擦焊（friction stir welding缩写为FSW）的优点及其焊接机理,介绍了FSP的优点与典型应用（包括细化晶粒、消除铸造缺陷与制备表面复合材料）,重点介绍了基于FSP制备耐磨表面复合材料层的技术。强调指出：FSP可同时通过细化晶粒（可达200 nm）与嵌入陶瓷颗粒增强相来大幅提高铝、镁的表面硬度;FSP以摩擦热作为热源,用机加工的方法实现表面强化,是一种新型优质、绿色的固态表面强化技术。     

场站工程常见焊缝气孔产生的原因分析与预防对策

本文通过对天然气场站工程中管线焊接的缺陷进行分析,总结出焊接气孔是最为主要的焊接缺陷,分别从焊接工艺和预防措施等角度作分析,给出了消除焊接气孔的措施,为天然气场站工程中工艺管线焊接气孔的预防与消除作参考。     

镁锂超轻合金搅拌摩擦焊及其机制的研究

镁锂（Mg-Li）超轻合金作为一种新型超轻合金在国防军工及民生方面应用广泛。研究了国产双相Mg-Li合金LA103Z在搅拌摩擦焊后的力学性能、微观组织及显微硬度,并对其微观机理进行了分析。结果表明,Mg-Li超轻合金对搅拌摩擦焊呈现优良的可焊性,搅拌区未发现非致密性缺陷与裂纹,得益于其优良的塑性变形能力;搅拌区的强度与显微硬度均远高于母材,得益于其粗大α相的机械破碎及随后发生的破碎后α相碎屑的过饱和固溶。     

镍基耐蚀合金焊接工艺

分析了镍基耐蚀合金的焊接性,对镍及镍基耐蚀合金焊接时容易产生的各种焊接缺陷进行了详细分析,提出了相应的防止措施。主要针对镍及镍基耐蚀合金的焊接工艺进行了系统的分析和阐述。     

2A12铝合金搅拌摩擦焊温度场及接头组织分析

为了获得2A12铝合金搅拌摩擦焊(FSW)焊接过程中焊接温度场的动态演变和焊接热循环曲线的变化规律,探索焊接热作用过程与接头微观组织的内在联系,利用ANSYS软件,建立了搅拌摩擦焊接传热过程的有限元数值分析模型,对6 mm厚2A12铝合金FSW焊接过程进行了数值分析,观察了焊核区、热力影响区、热影响区和母材的显微组织,分析了接头不同区域所经历的热作用和机械作用。结果表明,焊核区实质为焊接过程中温度超过了母材实际再结晶温度的区域;焊核区上部、焊核区下部、热力影响区、热影响区的显微组织特征与各自所经历的热-力复合作用具有密切的内在联系。     

铜合金塑性与成分对其与钢材搅拌摩擦钎焊可焊性的影响

为了解决搭接搅拌摩擦焊中出现的搅拌针磨损、焊接区域窄、钩型缺陷等问题，将搅拌摩擦钎焊（FSB）技术分别应用于含锡铅青铜（Cu－Sn－Pb）、H62黄铜及T2紫铜与45钢的连接，以研究上方铜合金塑性与成分对界面接合的影响。结果显示，以Sn作钎料的T2/45钢接头表面成形好，焊合率95%，仅在前进侧出现局部未焊合缺陷；以Zn作钎料的含锡铅青铜/45钢组合因该铜合金热裂而无法形成接头，原因是含锡铅青铜中偏聚的铅块会导致热裂纹，并使润湿性变差；以Zn作钎料，H62黄铜/45钢接头表面成形光滑，但因界面冶金反应不够充分，接头强度低。研究表明，FSB中上方工件的室温与高温塑形和成分分别对焊接接头表面成形和界面反应有显著影响；Cu－Sn－Pb过度溶解（溶穿出现裂纹）与H62黄铜溶解不足都影响结合强度，T2紫铜适度溶解与合金化有利于改善界面致密性与强度。     

冷却环境对DH36钢摩擦叠焊接头连接质量的影响

为了确定摩擦叠焊方法在不同海域的应用条件,采用天津大学自主研制的摩擦叠焊设备,分别在水温2~3℃和水温18~20℃条件下,对DH36钢进行了水下摩擦叠焊工艺试验。试验结果表明,水温高(18~20℃)时的摩擦叠焊接头质量明显优于水温低(2~3℃)时的接头质量,接头拐角处的缺陷长度较小;水温低(2~3℃)时,焊缝中心组织主要为板条马氏体,局部区域有少量板条贝氏体组织,水温高(18~20℃)时,焊缝中心组织主要为板条贝氏体。     

铀及铀合金的焊接

根据已公开的铀及铀合金的焊接资料，叙述了用于铀及铀合金焊接研究的熔焊方法－电子束焊、激光焊、气体保护焊等的特点，介绍了固态焊接技术－扩散焊，摩擦焊焊接铀，特别是焊接铀的异种材料的特点。此外，还介绍了电化学连接技术的铀及铀合金的焊接性能。本文为制定有色金属焊接方案具有参考价值。     

电极压力对2A12铝合金电阻点焊裂纹的影响

采用DZ-3×63型三相次级整流式点焊机对1 mm厚2A12铝合金进行了点焊试验。通过焊接压力和锻压力的不同组合,研究焊接压力和锻压力对2A12铝合金点焊熔核裂纹的分布规律及形状尺寸的综合影响。结果表明:产生的裂纹一般是位于熔核内的纵向凝固裂纹。在电极下方中部、熔核边沿的热影响区,可能形成沿晶横向液化裂纹;在焊接压力一定的条件下,产生的裂纹数量和长度总体随锻压力的增大而减小;高强铝合金点焊时,焊接压力越大,锻压力也需相应增大。