工艺参数对AA2524回填式搅拌摩擦点焊接头成形及力学性能的影响

目的 改善2 mm厚AA2524回填式搅拌摩擦点焊（RFSSW）接头的成形和力学性能。方法 采用不同扎入深度和不同转速进行焊接,焊后对接头的孔洞大小、套筒退出线上的裂纹长度和拉剪强度进行对比,获得扎入深度和转速对接头成形和拉剪强度的影响规律。结果 扎入深度为2.6 mm时,接头孔洞较小,断裂载荷较高。随着转速的增加,接头孔洞逐渐减小,套筒退出线的裂纹减少,拉剪强度逐渐升高。扎入深度2.6 mm,焊接时间6 s,转速为2600 r/min时,获得了无孔洞和无退出线裂纹的接头,断裂载荷最大,为9.4 kN。结论 合适的扎深和转速匹配,可以获得成形良好,高断裂载荷的接头。     

回填式搅拌摩擦点焊热输入对界面孔洞与力学性能的影响

目的 提高焊接热输入及接头力学性能,研究回填式搅拌摩擦点焊的最佳焊接工艺参数。方法 在传统搅拌摩擦点焊产热基础上,结合回填式搅拌摩擦点焊搅拌头具体运动形式,将产热功率对时间进行积分,得到热输入解析方程,测得不同热输入下接头孔洞大小与力学性能,获得热输入对界面孔洞大小与力学性能的影响规律。结果 在其他焊接参数不变的条件下,随着转速由2000 r/min提高至2300 r/min,焊接热输入由54 kJ增加至62 kJ,孔洞面积由9.3×104 μm2迅速减小至7.7×103 μm2,接头拉剪强度由3.2 kN提升至7.2 kN。当转速进一步提高至2600 r/min时,热输入达到70.2 kJ时,孔洞的缩减速率与拉剪强度提升速率减缓,孔洞大小减小至3.8×103 μm2,拉剪强度减小至8.4 kN。结论 在相同的焊接时间下,接头的热输入随着焊接转速的提升而增加,接头孔洞面积减小,拉剪性能提高。     

转速对6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的影响

目的 研究不同转速条件下6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的变化规律,为工程实践应用提供参考。方法 在不同旋转速度（800、1 200、1 500 r/min）下对4 mm厚的6061铝合金进行搅拌摩擦搭接焊实验,固定进给速度和轴肩下压量,研究搅拌头转速对接头宏观组织、微观组织和力学性能的影响。结果 所有接头均没有出现明显缺陷,当转速为1 500 r/min时,搅拌区晶粒尺寸细化明显,最大失效载荷达到母材的75%,上板和下板的硬度曲线都呈“W”形;当转速为800 r/min和1 200 r/min时,下板硬度曲线呈“V”形。随着转速的增大,有效搭接宽度逐渐增大,接头的平均拉剪强度也在增大,所有接头都在前进侧断裂,断裂形式均为拉伸断裂。结论 转速的提升增加了焊接热输入量和机械搅拌作用,促进了有效搭接宽度的增大和晶粒尺寸的细化,但未能改变钩状缺陷的形成及延伸方向。当转速为1500r/min时,热输入量较大,搅拌区范围相对较大,下板存在更大面积的搅拌区,其硬度规律与上板的相似。所有接头均为拉伸断裂,断裂位置在热影响区附近,说明搭接接头连接良好。     

异种铝合金回填式搅拌摩擦点焊工艺的研究

目的 研究搅拌头转速和轴套下压量对异质铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头的组织及力学性能的影响。方法 采用回填式搅拌摩擦点焊技术对7050铝合金和2524铝合金进行搭接焊试验,焊接完成后利用光镜、体式显微镜、扫描电镜对组织进行观察,另外,测试拉伸剪切载荷和显微硬度分布,最后对断裂行为进行了研究。结果 接头区域可以分为焊核区、热力影响区、热影响区、母材4个区域,焊核区晶粒呈细小等轴状,热力影响区晶粒呈粗大长条状。随搅拌头转速的增大,拉剪载荷降低,当转速为1500 r/min时拉剪载荷值最高,其值为7.499 44 kN。热影响区的显微硬度比母材低,最小值为HV106。接头的断裂方式可以分为剪切型断裂、塞型断裂、剪切-半环型断裂。结论 在一定工艺参数范围内,通过适当降低搅拌头转速能显著提高接头的拉剪载荷,轴套下压量对接头的断裂方式影响显著。     

镁合金高转速搅拌摩擦焊工艺研究

目的 研究镁合金高转速搅拌摩擦焊工艺及其对组织与性能的影响规律。方法 采用光学显微镜观察以及拉伸性能测试等方法,探索了1.5 mm厚AZ31B镁合金高转速搅拌摩擦焊接工艺,对其接头组织与力学性能进行了测试分析。结果 采用6000 r/min转速时,随着焊速从600 mm/min降低至100 mm/min,焊接接头隧道型孔洞缺陷消失;采用600 mm/min焊速时,2000~4000 r/min转速范围内可获得无缺陷的接头。拉伸测试结果表明,6000 r/min-100 mm/min焊接工艺下接头的拉伸性能最优,抗拉强度为235.33 MPa,为母材强度的87.92%。结论 镁合金采用高转速搅拌摩擦工艺可获得无缺陷的焊接接头,且采用高转速匹配低焊速的工艺可使接头的拉伸性能得到提升。     

工艺参数对Al-Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接接头力学性能的影响

目的研究工艺参数对Al-Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接接头力学性能的影响。方法采用搅拌摩擦焊-钎焊方法,在不同焊接工艺参数下焊接2A12-T4铝合金和AZ31镁合金。结果当焊接速度为23.5mm/min、旋转速度为375 r/min时,焊接接头的抗拉剪力达到最大,为5.5 kN,比搅拌摩擦焊接头的最大抗拉剪力的5.0 kN提高了10%。结论搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接的工艺参数会显著影响铝/镁异种金属接头力学性能,通过优化工艺参数能够获得力学性能优异的铝/镁异种金属焊接接头。复合焊接接头的抗拉剪力随着焊接速度的增大呈现先增大后减小的趋势。     

铝/钢异种金属的超声振动强化搅拌摩擦焊接工艺

采用新型超声振动强化搅拌摩擦焊接工艺实现了6061-T6铝合金以及QP980高强钢的搭接焊, 对比分析了有无超声作用下, 接头的宏观形貌、微观组织和拉伸剪切性能, 同时研究了超声振动对焊接载荷的影响。结果表明: 焊接前对母材施加超声振动, 可以起到软化母材的作用, 促进了材料的塑性流动, 扩大了铝/钢界面区和焊核区, 使更多的钢颗粒随搅拌针旋转进入铝合金侧, 在界面区边缘形成钩状结构, 进而提高了接头的失效载荷; 超声改变了FSW接头断裂位置和断口形貌, 提高了接头力学性能, 在本实验工艺参数范围内, 接头最大的平均失效载荷为4.99 kN; 当焊接速度为90 mm/min, 下压量为0.1 mm时, 施加超声振动使接头的平均失效载荷提高了0.98 kN, 拉剪性能提升28.24%;施加超声振动后轴向力F_z、搅拌头扭矩M_t和主轴输出功率分别下降2.46%, 6.44%和4.59%。     

7075铝合金高速搅拌摩擦焊材料流动行为及性能研究

目的 针对7075–O铝合金高焊速、高转速搅拌摩擦焊接缺陷多、质量差等问题,研究焊接接头材料流动对焊缝性能的影响。方法 选用焊接速度1 000 mm/min,搅拌转速分别为1 000、1 200、1 600、1 700 r/min的条件对7075–O铝合金板进行搅拌摩擦焊接,分析不同焊接工艺参数下焊接接头的显微组织及力学性能。同时,利用Fluent软件模拟7075–O铝合金搅拌摩擦焊接过程中的材料流动场分布,分析焊接材料流动与缺陷形成的关系。结果 利用7075–O铝合金三维流动模型,预测出高焊速条件下焊缝前进侧形成一个低压区,孔洞等缺陷易出现在此区域,数值模拟预测与试验结果吻合。在高焊接速度1 000 mm/min、焊接转速1 200 r/min时,焊缝表面光滑平整,焊核区域的硬度分布更加均匀。结论 随着搅拌转速从1 000 r/min增大到1 700 r/min,热输入量逐渐增大,孔洞缺陷由隧道型孔洞转变为不连续的小孔。同时,随着搅拌转速的增大,焊缝高硬度区域的宽度先增大而后降低。当搅拌转速为1 200 r/min时得到了优质的焊接接头,焊缝焊核区硬度分布均匀,硬度值最高为176HV。     

铝合金与镀锌钢板回填式搅拌摩擦点焊机制

目的 研究铝合金与镀锌钢板回填式搅拌摩擦点焊界面组织演变机制与焊接工艺参数对力学性能的影响规律。方法 采用连续焊接和改变焊接工艺参数的方法,分析了焊具自摩擦对焊接温度和接头力学性能的影响。采用电镜研究了铝合金与镀锌钢板连接界面的显微组织分布和焊接工艺参数对焊接温度及接头力学性能之间的内在关系。结果 焊具的自摩擦及重复性预热影响焊具温度和接头力学性能,其作用远大于焊接工艺参数的影响。镀锌层阻止了被焊材料的直接接触而避免了大量金属间化合物的形成,镀锌层和铝合金反应生成固溶体组织,从而提高了铝合金与钢的焊接性。此外,液态的锌被挤出搅拌区,形成钎焊的连接机制,增大了接头连接面积和强度。最佳焊接工艺参数为：旋转频率1800 r/min,套筒下压量1.0 mm,停留时间3 s。在此焊接规范下,接头最大接头剪切强度为6.23 kN,且76.2%的焊点力学性能满足工业使用标准。结论 回填式搅拌摩擦点焊是实现铝合金与镀锌钢板高质量连接的可靠方式。     

镀锌钢板与6061铝合金搭接搅拌摩擦钎焊

目的 分析Q235镀锌钢与6061铝合金搅拌摩擦钎焊接头在不同旋转速度下的组织性能。方法 使用0.3 mm的Zn作为中间层,通过搅拌摩擦钎焊,焊接6061铝合金与Q235镀锌钢,观察测试其接头组织和力学性能。结果 转速从660 r/min增加到1750 r/min时,随着进入到6061铝合金近缝区Zn元素的增加,铝合金搅拌区孔洞变小。界面Zn过渡层变薄。在适中的转速下,界面结合良好。接头最大平均拉剪力先增加后降低,界面显微硬度升高,硬度梯度增加。结论 搅拌头在1320 r/min转速下,测得搅拌摩擦钎焊接头平均拉剪力为2.33 kN。     

The optimisation of process parameters for friction stir spot-welded AA3003-H12 aluminium alloy using a Taguchi orthogonal array

The aim of the present work is to optimise the welding parameters for friction stir spot welded non-heat-treatable AA3003-H12 aluminium alloy sheets using a Taguchi orthogonal array. The welding parameters, such as the tool rotational speed, tool plunge depth and dwell time, were determined according to the Taguchi orthogonal table L9 using a randomised approach. The optimum welding parameters for the peak tensile shear load of the joints were predicted, and the individual importance of each parameter on the tensile shear load of the friction stir spot weld was evaluated by examining the signal-to-noise ratio and analysis of variance (ANOVA) results. The optimum levels of the plunge depth, dwell time and tool rotational speed were found to be 4.8 mm, 2 s and 1500 rpm, respectively. The ANOVA results indicated that the tool plunge depth has the higher statistical effect with 69.26% on the tensile shear load, followed by the dwell time and rotational speed. The tensile shear load of the friction stir spot welding (FSSW) joints increased with increasing plunge depth. Additionally, examination of the weld cross-sections, microhardness tests and fracture characterisation of the selected friction spot welded joints were conducted to understand the better performance of the joints. All the fractures of the joints during tensile testing occurred at stir zone (SZ), where the bonded section was minimum. The tensile shear load and tensile deformation of the FSSW joints increased linearly with increasing the bonded size. The finer grain size in the SZ led to the higher hardness, which resulted in higher fracture strength. When the tensile shear load of the joints increased approximately 3-fold, the failure energy absorption of the joints increased approximately 15-fold.     

5052/6061异种铝合金薄板搅拌摩擦焊接工艺研究

目的 研究焊接速度、搅拌头旋转速度和下压量对异种铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能的影响,找出最佳工艺参数,从而进一步提高接头的力学性能。方法 采用正交实验法对1.5 mm厚5052/6061异种铝合金搅拌摩擦焊接进行实验设计,焊接完成后,观察焊缝宏观形貌,然后将试件制成标准拉伸试样进行拉伸实验,拉伸实验完成后用扫描电镜观察焊接接头的断口形貌,最后运用极差分析法和方差分析法分别对实验结果进行分析。结果 在选取的工艺参数范围内,搅拌头旋转速度影响最大,其次是焊接速度,下压量影响最小。当焊接速度为120 mm/min、转速为1400 r/min、下压量为1.5 mm时,接头抗拉强度达到了最大值194 MPa,伸长率也达到了最大值9.62%。结论 在一定工艺参数范围内,提高焊接速度或搅拌头的旋转速度能显著提高接头的力学性能,而下压量对接头力学性能影响不显著。     

工艺参数和搅拌头尺寸对2024铝合金和AZ31镁合金异种金属搅拌摩擦连接接头性能的影响

研究了2024铝合金与AZ31镁合金的异种搅拌摩擦连接工艺,并获得了良好的3mm板材对接接头。采用5种不同的工艺参数和两种不同尺寸的搅拌头进行加工。研究了不同工艺参数对接头微观组织、拉伸强度和硬度分布的影响。结果表明,使用15mm轴肩的搅拌头能够获得无缺陷的接头,在转速500r/min、连接速度500mm/min的工艺参数下,显微硬度分布均匀,材料边界明显,异种材料间的机械锁和结构增大了接头强度。在转速300r/min、连接速度30mm/min的工艺参数下,拉伸断裂位置位于铝合金一侧的热机影响区和材料混合区的交界处,虽然接头存在金属间化合物,但充分的材料混合使接头拉伸强度与前者相当。     

Effects of sleeve plunge depth on microstructures and mechanical properties of friction spot welded alclad 7B04-T74 aluminum alloy

Friction spot welding (FSpW) was applied to join the 7B04-T74 aluminum alloy successfully, and effects of sleeve plunge depth on weld appearance, microstructures and mechanical properties were investigated in detail. When the sleeve plunge depth was larger than 2 mm, a surface indentation with a depth of 0.2 mm should be applied in order to eliminate the defect of annular groove. The tensile shear properties of the joints were dependent on hook geometry, location of alclad layer, and hardness of stir zone (SZ). With increasing the sleeve plunge depth from 2 to 3.5 mm, the hook height increased, the alclad layer downward migrated further and the hardness of SZ decreased. The optimized FSpW joint was obtained when the sleeve plunge depth was 3 mm, and the corresponding tensile shear failure load was 11921 N. Two different failure modes, i.e. shear fracture mode and tensile-shear mixed fracture mode, were observed in the tensile shear tests.     

汽车轮辋用钢搅拌摩擦焊接头组织及力学性能

目的 为搅拌摩擦焊在轮辋钢的应用提供理论数据。方法 选用厚度为4.5 mm的江铃汽车V362轮辋钢板B380CL,采用不同的焊接参数,获得搅拌摩擦焊接头,对焊缝宏观成形及微观组织进行分析,研究焊接参数对组织的影响;通过进行拉伸试验和硬度测试,分析焊接参数对焊接接头性能的影响;对接头焊缝进行X-Ray无损探伤。结果 当搅拌头旋转速度为950 r/min,焊接速度分别为37.5, 47.5, 60 mm/min时,均能形成焊接接头。焊接速度为47.5 mm/min时,焊缝宏观成形较好,微观组织无缺陷,微观组织为铁素体和珠光体,抗拉强度最高,超过母材;焊接接头各区域微观组织硬度较母材高,伸长率较焊接速度为37.5 mm/min时的接头高。结论 搅拌摩擦焊实现轮辋钢的对接,该研究中旋转速度950 r/min,焊接速度47.5 mm/min为最佳工艺参数,接头抗拉强度超过母材。