铝/钢异质金属搅拌摩擦焊技术研究进展

铝/钢异质金属复合结构具有轻质节能、降低成本、可以满足不同的工作条件等特点,在航空航天、船舶制造等领域的应用日益受到重视。由于铝和钢的物理化学性质存在巨大差异,铝和钢的连接成为焊接领域的难点问题。搅拌摩擦焊作为一种固相连接方法,具有热输入低、高温停留时间短、焊接变形小等特点,对克服铝/钢异质金属性能差异带来的焊接困难具有优势,已成为铝/钢异质金属焊接的研究热点。综述了铝/钢异质金属搅拌摩擦焊国内外研究现状,主要涉及搅拌头材料选择与结构设计、焊缝成形、焊接工艺窗口、力学性能、接头冶金结合、连接机制以及外源辅助搅拌摩擦焊新技术,可以为铝/钢异质金属结构的轻量化设计提供新思路,最后对其发展趋势进行了展望。     

铝/钢异种金属旋转摩擦焊接研究现状

根据铝/钢异种金属焊接冶金特点及旋转摩擦焊接工艺特点,分析认为旋转摩擦焊最适合铝/钢异种金属轴对称件焊接的工艺。分别介绍了连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊接工艺对铝/钢异种金属焊接接头的组织和性能的影响。总结了铝/钢异种金属摩擦焊接技术研发中亟待解决的主要科学问题,铝/钢旋转摩擦焊过程中摩擦界面及其附近剧烈的塑性流变对IMCs生成的影响规律和机制需要进一步的研究;需要开发相应的工艺措施促进铝/钢接头界面上形成以Fe-Al IMCs为标志的冶金结合,并使IMCs层厚度均匀化。最终指明,研究揭示铝/钢摩擦界面IMCs生成机理、相的组成、形态、分布等冶金行为,对铝/钢旋转摩擦焊接头的组织性能调控具有重要意义,也是铝/钢异种金属焊接结构性能保证的理论基础。     

铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究

搅拌摩擦焊是一种新型的固相焊接方法,在异种材料连接方面有广阔的应用前景。本文从搅拌摩擦的工艺、性能及组织三方面分别介绍了铝-钢搅拌摩擦焊的研究进展,为其深入研究提供了依据。采用搅拌摩擦焊,异种金属铝-钢可以实现连接,但工艺参数选择范围较小,钢置于前进边时,铝-钢更易连接。由于铝一钢物理性能的差异,二者流动状态不同,焊核两侧呈现不同结构,接头的力学性能由于脆性金属间化合物的存在而降低。通过改变热输入或添加第三组元等微量元素的办法可以改善接头的力学性能。     

铝/钢异质金属旋转摩擦焊研究进展

铝/钢旋转摩擦焊具有焊接质量好、焊接效率高的突出优势,特别适合轴类、管类结构的焊接制造。但是,由于旋转摩擦焊独特的旋转运动形式导致接头中微观组织与接头性能沿径向分布的不均匀性,成为制约其在关键领域应用的瓶颈之一。文中综述了铝/钢异质金属旋转摩擦焊国内外研究现状,主要分析了旋转摩擦焊工艺、微观组织与力学性能等,并探讨了铝/钢旋转摩擦焊技术未来研究的方向。     

铝/钢异质金属旋转摩擦焊研究进展

铝/钢旋转摩擦焊具有焊接质量好、焊接效率高的突出优势,特别适合轴类、管类结构的焊接制造。但是,由于旋转摩擦焊独特的旋转运动形式导致接头中微观组织与接头性能沿径向分布的不均匀性,成为制约其在关键领域应用的瓶颈之一。文中综述了铝/钢异质金属旋转摩擦焊国内外研究现状,主要分析了旋转摩擦焊工艺、微观组织与力学性能等,并探讨了铝/钢旋转摩擦焊技术未来研究的方向。     

镁铝异质搅拌摩擦焊搭接接头微观组织分析

采用搅拌摩擦焊方法对厚度为3mm的镁合金和铝合金进行了异质金属的搭接实验,焊后对接头的微观组织形貌以及主要成分进行了分析.研究结果表明,在镁铝界面处形成了一个过渡层,接头主要通过该过渡层形成连接,过渡层内弥散分布着大量树枝状晶Mg17Al12和柱状晶Al3Mg2.     

搅拌摩擦加工制备Al-Ti金属间化合物

以纯铝为基材,Ti粉为合金化添加粉末.利用搅拌摩擦加工方法制备Al-Ti金属间化合物.利用光学显微镜和X射线衍射分析了材料的微观组织和相组成,并测试了合金化区域的显微硬度.结果表明:通过搅拌摩擦加工技术可以制备出Al3Ti金属间化合物,但材料中各部分化合物成分不均匀;合金化后的化合物晶粒尺寸细小,几乎达到微米级;生成化合物处的显微硬度达到65HV.     

热塑性复合材料/金属搅拌摩擦焊研究进展

热塑性复合材料作为新型轻质材料,已经广泛应用于航空航天领域。金属与热塑性复合材料的异种材料连接因其能充分发挥两种材料各自的特性而备受关注。搅拌摩擦焊作为一种低热输入的焊接技术,在金属与热塑性复合材料异种焊接领域有广阔的应用前景。从热塑性复合材料与金属的搅拌摩擦焊焊接方法、炉具设计、焊接工艺参数以及连接机制等方面综合国内外研究成果进行系统性的综述,并对热塑性复合材料/金属异种搅拌摩擦焊的未来发展趋势做出展望。     

铝/钢异种金属钎焊与固相焊新技术：搅拌摩擦钎焊（FSB）与嵌入式搅拌摩擦点焊（EFSSW）

为解决Al与异种高强金属材料焊接过程中的工具磨损问题,西安交通大学焊接研究所特种焊室先后开发了两种新型焊接工艺——搅拌摩擦钎焊（FSB）与嵌入式搅拌摩擦点焊（EFSSW）,并均已申报国家专利。两种技术均采用无针搅拌头,既避免了针的磨损,又获得了无匙孔的光滑外观;同时所得接头均断裂于Al母材内而非原始待焊接面。由此证明了两种新技术分别相对于传统搅拌摩擦焊与搅拌摩擦点焊的优越性。其中搅拌摩擦钎焊不仅成功用于Al/steel焊接,还可采用多道搅拌摩擦钎焊技术制备Al/steel双金属复合板材。本文简要介绍FSB与EFSSW的思路、优点与机理方面的初步研究结果。     

Characterization of aluminum/steel lap joint by friction stir welding

The welding of a lap joint of a commercially pure aluminum plate to a low carbon steel plate (i.e., Al plate top, and steel plate bottom) was produced by friction stir welding using various rotations and traveling speeds of the tool to investigate the effects of the welding parameters on the joint strength. The joint strength depended strongly on the depth of the pin tip relative to the steel surface; when the pin depth did not reach the steel surface, the joint failed under low applied loads. Meanwhile, slight penetration of the pin tip to the steel surface significantly increased the joint strength. The joint strength tended to increase with rotationspeed and slightly decrease with the increase in the traveling speed, although the results were quite scattered. The effects of the welding parameters were discussed metallographically based on observations with optical and scanning electron microscopes.     

铝-铜的搅拌摩擦焊研究

搅拌摩擦焊是一种新型的固相连接方法.在铝一铜等异种材料连接方面具有潜在的应用前景.从焊接工艺、接头性能与微观组织等方面,介绍了铝一铜搅拌摩擦焊的研究进展,为进行相关技术研究提供了参考依据.分析表明.铝-铜搅拌摩擦焊的工艺参数范嗣较窄,接头力学性能有待提高;铝、铜流动特性差异的存在,导致焊核两侧呈现不同的结构;接头中存在多种金属间化合物,其分布形态、尺寸和数量对接头性能有较大影响.     

铝钢异种材料搅拌摩擦搭接焊接工艺

以3 mm厚的5A02与1 mm厚的DP600搅拌摩擦搭接接头为研究对象,研究搭接次序与微观组织、金属间化合物、力学性能以及断裂形式的关系。结果表明,在摩擦热循环作用下,焊缝金属先达到塑性状态,随后塑性金属发生再结晶形成四个不同的区域;XRD物相分析表明,焊缝处有Al Fe和Al13Fe4金属间化合物生成;接头的显微硬度分布近似成M型;接头的拉伸强度达到了铝母材拉伸强度的38.3%,拉伸断裂位置都发生在铝钢搭接界面处,钢在上侧断裂方式主要为脆性断裂,而铝在上侧时的断裂方式以韧性断裂为主。     

自持式搅拌摩擦焊研究

文中综述了自持式搅拌摩擦焊的研究现状和存在的不足,主要涉及自持式搅拌摩擦焊原理、搅拌头结构、微观组织、温度场以及力学性能等几方面内容。指出了自持式搅拌摩擦焊接头的焊缝成形、温度场分布以及力学性能等特征。在此基础上提出了进一步的研究方向。     

Influence of zinc on intermetallic compounds formed in friction stir welding of AA5754 aluminium alloy to galvanised ultra-high strength steel

In this study, lap joints between AA5754 and DP1000 ultra-high strength steels were produced by friction stir welding. In order to investigate the roles of zinc on intermetallic phase formation and joint properties, steel substrates were used, two being galvanised coated and one uncoated. Joint performance has been evaluated in term of maximum tensile shear loading. The effects of the process parameter, translational speed; chemical compositions; and intermetallic phase formation on the mechanical properties have been investigated. The results show that joints with a galvanised layer exhibit higher strength as compared to the non-coated steel. A thicker galvanised layer promotes the presence of zinc in the aluminium matrix, resulting in better joint properties. The level of zinc contents in the aluminium matrix depends on process temperature and material circulation characteristics. Two stable Al-rich intermetallic phases, Al₅Fe₂ and Al₁₃Fe₄, were detected at the interface regardless of the coating conditions.     

Formation of intermetallic compounds in Al and Mg alloy interface during friction stir spot welding

The spot welding of Al plate to Mg plate was produced by friction stir spot welding using various tool rotation speed and duration time of the tool to investigate the effects of the welding parameters on the reaction of Al and Mg alloy. The interface microstructure and phase were investigated using optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffraction. The mechanical properties of the joints are evaluated using tensile test. Experimental results show that intermetallic compounds were formed in the interface of the Al and Mg alloys. The thickness of intermetallic compounds layer increases with increasing tool rotation speed and duration time, and has a significant effect on the strengths of the joints. Heavy thickness of intermetallic compounds layer seriously deteriorates the mechanical properties of the joints. The intermetallic compounds layer mainly contains Al₃Mg₂ and Al₁₂Mg₁₇     

铜的搅拌摩擦焊研究

采用搅拌摩擦焊技术焊接铜克服了传统熔焊的缺点,使接头具有优良的件能,.因而具有广阔的应用前景.文中从微观组织与流动行为、上艺参数与接头性能以及热循环与温度场分析三个方面.系统介绍铜的搅拌摩擦焊的研究进展,为进行相关研究提供参考依据.综合分析表明,铜的搅拌摩擦焊接头组织分为焊核区、热机影响区热影响区,某些情况下热机影响区或热影响区不明显,而洋葱环的出现与否与焊接参数有关,接头强度略低于母材,接头焊核区的硬度最高,但也出现软化现象.轴肩摩擦产热足最主要的热量来源,距母材表面不同深度处的温度随距离和时间的变化存在较大差异.     

Q235钢板与6082铝合金搅拌摩擦焊工艺

通过对Q235钢板和6082铝合金进行搅拌摩擦焊接,并用正交试验对搅拌摩擦焊工艺参数进行优化. 结果表明,焊接过程中,将钢板放在返回侧,铝板放在前进侧[1],离搅拌针较近的钢侧金属发生软化,并且在轴肩横向切应力作用下形成短"钉子",最终在搅拌针的旋转作用下填充到搅拌针后方形成的空腔内,当下压量为0.2 mm时,比较容易得到优质的焊缝;搅拌针旋转速度为260 r/min,焊接速度为16 mm/min,针头偏向铝侧0.2 mm时,所得焊缝的抗拉强度为141.204 MPa,断裂发生在铝侧焊核区与热力影响区的交界处;钢侧热机影响区的硬度比母材高,而铝侧热机影响区比母材低.     

静止轴肩搅拌摩擦焊的研究进展

综述了静止轴肩搅拌摩擦焊的研究进展,主要涉及静止轴肩搅拌摩擦焊的基本原理以及高转速、常规转速和角焊缝的静止轴肩搅拌摩擦焊等内容.高旋转频率的静止轴肩搅拌摩擦焊在降低焊接载荷的同时,能够减小、甚至消除飞边和孔洞缺陷.常规旋转频率的静止轴肩搅拌摩擦焊可获得沿板厚方向更均匀的焊缝组织,适合于热导率差的钛合金的焊接.设计与两侧板面完全贴合的静止轴肩,以角焊缝的形式实现T形接头的焊接,拓宽了搅拌摩擦焊的应用范围.无论是高旋转频率、常规旋转频率还是角焊缝的静止轴肩搅拌摩擦焊,都存在搅拌头的磨损和过热问题,尚需开展深入、系统的研究.