薄壁铝合金搅拌摩擦焊焊接应力变形与控制

搅拌摩擦焊(FSW)焊接残余应力变形表现出与传统熔焊不同的规律,文中研究了薄壁铝合金搅拌摩擦焊残余应力分布规律和焊接变形控制方法,结果表明,纵向残余应力峰值并非出现于焊缝中心,热影响区和热机影响区是残余应力相对较大的区域.基于动态低应力无变形焊接方法,设计开发了一套热沉系统,进行了动态低应力无变形FSW试验.研究表明,动态低应力无变形焊接技术可以有效减小搅拌摩擦焊接头残余应力和变形,接头残余应力分布规律与常规搅拌摩擦焊接头残余应力分布类似,但应力峰值降低50%以上.     

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

20093070搅拌摩擦焊应力变形有限元模拟的研究进展/鄢东洋…//焊接.-2009(1):19~24,40搅拌摩擦焊因其独有的特点而被广泛应用于铝合金的焊接,虽然焊后残余应力和变形比普通熔化焊小,但它同样是一个不均匀的热过程,焊后残余应力和变形不可避免,而且部分试验已经显示出其残余应力和变形对结构尺寸精度和使用性能有显著影响,因此针对搅拌摩擦焊残余应力和变形的研究有重要的现实意义。除了实际的焊接和测量试验外,数值模拟技术是目前研究搅拌摩擦焊残余应力和变形的重要手段,也取得了很多可喜的研究结果。从焊接热载荷、搅拌头力作用、母材性能参数和卡具作用等方面较为详尽地总结了搅拌摩擦焊残余应力和变形数值模拟的研究进展和未来发展方向。图6参4120093071薄壁铝合金搅拌摩擦焊焊接应力变形与控制/李光…//焊接.-2009(1):29~32搅拌摩擦焊(FSW)焊接残余应力变形表现出与传统熔焊不同的规律,研究了薄壁铝合金搅拌摩擦焊残余应力分布规律和焊接变形控制方法,结果表明,纵向残余应力峰值并非出现于焊缝中心,热影响区和热机影响区是残余应力相对较大的区域。基于动态低应力无变形焊接方法,设计开发了一套热沉系统,进行了动态低...     

高速列车铝合金车体枕梁搅拌摩擦焊接头残余应力分布特征

采用超声波法对铝合金枕梁部件搅拌摩擦焊(FSW)接头和熔化极气保护焊(MIG)接头分别进行了残余应力测量。结果表明,FSW固相焊接头的纵向应力和横向应力均为拉伸残余应力,其中纵向应力水平远高于横向应力。纵向应力在FSW焊缝两侧呈不对称分布特征,在搅拌头的前进侧应力值较高,而在返回侧应力值较低,最高应力位于前进侧的轴肩作用边缘处。MIG熔化焊接头在焊缝及近缝区的纵向应力和横向应力也为拉伸残余应力,且在MIG焊缝两侧呈对称分布特征,其中纵向应力高于横向应力,最高应力位于焊缝及热影响区。     

搅拌摩擦焊焊缝超声TOFD检测与缺陷评估方法

针对特种焊接构件中缺陷取向与检测面垂直的情况,采用超声衍射时差技术（TOFD）,对搅拌摩擦焊（FSW）焊缝中的缺陷进行识别和可视化检测,开展搅拌摩擦焊焊缝超声TOFD检测与缺陷评估方法研究。建立了FSW缺陷判别方法,实现了焊接工艺参数的优化,确保了焊缝质量,对FSW的推广和应用具有重要的意义和实际生产价值。     

阵列射流冲击热沉搅拌摩擦焊接新方法

基于动态低应力无变形技术的原理,设计开发了阵列射流冲击热沉搅拌摩擦焊接新方法.结果表明,采用该方法可以有效减小搅拌摩擦焊接头残余应力,焊后试件基本无变形.采用射流冲击热沉的动态低应力无变形搅拌摩擦焊接头残余应力分布规律与常规搅拌摩擦焊类似,但应力峰值明显降低,约为常规FSW接头应力峰值的45%,可以实现FSW薄壁结构的低应力无变形焊接.该项技术可以提高一些铝合金材料FSW接头性能,具有较好的技术经济价值.     

铝合金搅拌摩擦与MIG焊接接头疲劳性能对比试验

根据疲劳S-N曲线试验结果,对5A06铝合金搅拌摩擦焊(FSW)和MIG焊接接头的疲劳性能进行了初步比较,分析讨论了搅拌摩擦焊过程中所产生的焊接缺陷对其疲劳性能的影响.结果表明,在焊态下由于焊接接头几何形状等的影响,FSW的疲劳强度明显高于MIG焊接接头;对FSW焊缝根部的"吻接"缺陷(kissing-bonds)是降低FSW焊接接头疲劳寿命的主要因素,旋转搅拌工具在焊缝表面形成的多余飞边将对疲劳行为产生明显影响.     

带热沉装置的搅拌摩擦焊研究

基于动态控制低应力无变形焊接法原理和搅拌摩擦焊特有的应力应变特点,设计开发了可应用于搅拌摩擦焊的单点式热沉和阵列式射流冲击热沉系统.通过两种不同热沉系统在铝合金搅拌摩擦焊中的对比研究,结果表明,单点式热沉虽然可以减小FSW焊接变形,但此种冷却方式会使接头性能大幅度下降,接头强度仅达到常规FSW的80%左右.经过改进的阵列式射流冲击热沉系统可以主动控制FSW过程中各个区域的温度分布,从而有效控制焊接过程的热弱塑性应力应变场,达到动态控制低应力无变形的焊接效果.焊缝氢含量的测试分析表明,阵列式射流冲击热沉系统可以改善接头的残余应力分布,防止冷却水侵入焊缝.带阵列式射流冲击热沉系统的搅拌摩擦焊技术可以实现低应力无变形焊接,且工艺适用性好,具有广阔的应用前景.     

高熔点材料的搅拌摩擦焊接技术

通过焊具设计、接头微观组织与性能、焊接温度场和残余应力、热源辅助的搅拌摩擦焊(FSW)几个方面,全面介绍了高熔点材料搅拌摩擦焊技术的研究现状.结果表明,合适的搅拌头材料为钨铼(W-Re)合金和多晶立方氮化硼(PCBN);采用合适的焊具设计和工艺参数,可以得到具有良好微观组织、高强度的FSW接头;在模拟搅拌摩擦焊温度场和接头残余应力时,应依据焊接过程实际进一步完善物理模型;引入辅助热源有利于高熔点材料焊缝成形并提高焊具使用寿命.     

6005A-T6铝合金型材搅拌摩擦焊与MIG焊的数值分析

以轨道车辆用铝合金车钩面板为研究对象,应用数值分析技术,分别模拟了车钩面板MIG焊与搅拌摩擦焊的焊接过程,得到2种焊接方法的焊后变形与残余应力,并进行对比分析。结果表明:采用MIG焊的车钩面板焊接变形呈马鞍状,最大变形量为-1.515mm;较大的焊后残余应力主要集中在焊缝区,最大应力值为248 MPa。搅拌摩擦焊后的车钩面板为反马鞍状变形,变形最大值为-0.72 mm,焊缝区残余应力最大值为225 MPa。经对比可知,采用搅拌摩擦焊的车钩面板焊后变形小于MIG焊的,且焊道中的残余应力较小,为较优的焊接方法。研究结果对促进搅拌摩擦焊在铝合金轨道车辆上的应用具有十分重要的现实意义。     

7xxx高强铝合金搅拌摩擦焊研究进展

针对7xxx高强铝合金的搅拌摩擦焊研究现状，主要从焊接缺陷、搅拌针形状的选择、接头软化、疲劳性能及耐蚀性等方面详述了7xxx高强铝合金焊接过程中存在的问题。对于7xxx高强铝合金的搅拌摩擦焊（FSW），焊接缺陷及焊缝成形质量差都会导致接头软化、疲劳寿命降低及耐蚀性变差等问题；优化FSW焊接工艺参数，减少焊接缺陷，改善焊缝成形质量，有利于降低接头软化程度、提高接头的疲劳寿命及耐蚀性；选择合适形状的搅拌针对7xxx高强铝合金进行FSW，有利于改善接头的力学性能；对FSW接头进行表面机械滚压处理和超声冲击处理，改善接头表面的应力状态，有利于改善接头的疲劳性能；对FSW接头进行适当的焊后热处理，改善接头中强化相的形态、分布状态及晶粒特征，有利于改善接头的耐蚀性。     

航空铝合金超声搅拌复合焊工艺及机理

分别采用超声搅拌复合焊(USCW)和搅拌摩擦焊(FSW)对厚度为1.8 mm的2524-T3航空铝合金薄板进行对接焊试验,对比分析USCW和FSW接头的外观、性能和微观组织。结果表明:USCW接头质量优于搅拌摩擦焊的,焊缝稳定性比FSW焊缝的好,USCW可实现近零缺陷焊接,而FSW焊缝缺陷率达50%以上。显微组织分析结果表明:USCW焊核区晶粒较搅拌摩擦焊更加细小、均匀;USCW焊缝热机影响区与热影响区较FSW的小。通过对超声搅拌复合焊的机理分析发现,超声波的热效应、体积效应和强振动效应,具有补偿焊缝中底部热量、强化金属塑性流动、细化和均匀组织的效果。     

2A12铝合金搅拌摩擦焊缝孔洞和沟槽缺陷分析

搅拌摩擦焊(friction stir welding简称FSW)是一种利用高速旋转的搅拌头与工件摩擦产生的热量,使被焊材料局部塑化的新型固相连接工艺.它可以对多种熔化焊接性差的有色金属等材料进行可靠的连接,而且连接工艺简单,有较好的工艺适应性.对2A12铝合金进行搅拌摩擦试验,研究了搅拌摩擦焊缝孔洞和沟槽缺陷,分析了这类缺陷的形成和影响因素.     

铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊残余应力超声波法测量

开发了静止轴肩搅拌摩擦焊装置,在焊接过程中搅拌装置外部轴肩不旋转,内部搅拌针旋转,获得了无弧纹的搅拌摩擦焊缝表面。焊接了6系列铝合金挤压型材和7系列平板对接定轴肩搅拌摩擦焊试件,使用超声波焊接残余应力测量方法对静止轴肩搅拌摩擦焊残余应力场进行了测量。测量结果表明搅拌摩擦焊残余应力最大值可达母材抗拉强度的66%左右,应力峰值不低于弧焊,纵向残余应力最大值产生在焊缝热影响区边界附近,横向残余应力值低于纵向残余应力。     

超声辅助搅拌摩擦焊温度场及残余应力场分析

超声辅助搅拌摩擦焊是一项在搅拌摩擦焊的搅拌头上添加轴向高频振动的新技术. 以6 mm厚7075铝合金材料为研究对象,建立了超声辅助搅拌摩擦焊与普通搅拌摩擦焊接的热源模型,通过ANSYS软件研究了轴向振动对焊接过程温度场以及焊后残余应力的影响规律. 结果表明,轴向振动的添加能够增大热输入量,提高焊接峰值温度且降低焊缝残余应力;在相同转速及焊接速度下,当振动频率一定时,焊接峰值温度和焊后残余应力随着振动幅值的增加而增大;当振动幅值一定时,随着振动频率的增大,焊接峰值温度及焊后残余应力也相应增加.     

基于复合搅拌摩擦焊的6063铝合金焊接接头残余应力控制研究

分别采用普通搅拌摩擦焊和带随焊旋转滚压装置及随焊水雾冷却装置的复合式搅拌摩擦焊对6063铝合金薄板进行焊接试验,并对两组试验的纵向残余应力数据进行对比分析。试验结果表明:普通搅拌摩擦焊接焊后试样的最大纵向残余应力是拉应力,其值为83.6 MPa,位于前进侧的搅拌头轴肩边缘处。前进侧与返回侧两侧的纵向残余应力基本对称,从焊缝中心到边缘,纵向残余应力由小变大后再变小,最后转变为压应力;复合搅拌摩擦焊接焊后试样的最大纵向残余应力比普通搅拌摩擦焊减小了38.9 MPa,其分布与普通搅拌摩擦焊时基本相同,但其变化范围窄。这说明随焊旋转滚压装置及随焊水雾冷却装置能有效减小纵向残余应力,从而能减小焊后变形,提高搅拌摩擦焊接接头质量。     

高速列车用散热片搅拌摩擦焊接头中S曲线控制策略

采用搅拌摩擦焊(FSW)对底板厚度为20mm的6063-T5铝合金散热片进行了拼接实验。由于焊件所特有的高效散热结构,使焊接区温度梯度大,热量损失严重,导致焊缝横截面出现S形曲线。通过分析焊缝横截面S形曲线的形成机制,采取两条应对控制策略,优化工艺参数,最终得到成型美观、内部无缺陷的FSW焊缝。此研究成果对采用FSW进行同类型铝合金的焊接有重要的指导意义。     

铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷及焊件结构问题控制策略的研究进展

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)是近些年发展起来的一种固态连接工艺,尤其适用于铝合金材料的焊接。概述了搅拌摩擦焊的局限性,主要包括接头处存在钥匙孔、焊缝减薄等缺陷及复杂结构铝合金难以焊接等问题。研究表明,通过工艺方法、流程及参量的优化能够对焊接接头缺陷和焊件结构问题进行有效控制。由此,归纳了铝合金搅拌摩擦焊接头存在的关键问题及解决策略,分析了每种工艺方法的适用对象及条件,包括摩擦塞焊(Friction Plug Welding,FPW)、填充式搅拌摩擦焊(Filled Friction Stir Welding,FFSW)、回抽式FSW、静止轴肩搅拌摩擦焊(Stationary Shoulder Friction Stir Welded,SSFSW)、沉积式FSW、双轴肩搅拌摩擦焊(Bobbin Tool Friction Stir Welding,BT-FSW)和无倾角FSW。详细探讨了每种工艺的原理和机制,阐述了每种工艺的优缺点,重点介绍了工艺的参数优化调控、辅助设备的添加及工序的改进对修复接头组织与力学性能的影响。对铝合金搅拌摩擦焊的回顾总结,将为获得高质量搅拌摩擦焊接头,实现复杂结构件焊接提供参考依据。在此基础上,对铝合金搅拌摩擦焊现存问题及挑战的解决进行了展望。     

搅拌摩擦焊技术在中国的推广应用

搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding,FSW)是英国焊接研究所(TWI)1991年发明的一项固相连接专利技术。与常规熔焊相比,该方法具有突出的优点:固相连接;焊缝为细晶组织,组织和性能优良,与熔焊接头相比强度更高;可实现多种接头形式的焊接;焊件中残余应力低、变形小;没有气孔、裂纹等熔焊常见的缺陷;全机械化操作,便于实现自动化。该技术实现了铝、镁合金等难以熔焊的轻金属的可靠连接,亦可用于黑色金属的连接,被誉为“继激光焊后最为革命性的焊接技术”。搅拌摩擦焊由于其具有的独特的优势,从诞生之初就备受关注,针对该技术的机理、工艺、设备…     

中厚板铜／钢搅拌摩擦焊焊接缺陷分析

用搅拌摩擦焊焊接了紫铜和低碳钢板,对铜／钢焊缝接头的表面缺陷以及内部缺陷进行了研究。结果表明：在焊接工艺参数选择不合理时,铜／钢搅拌摩擦焊焊缝容易产生缺陷。典型的表面缺陷包括表面沟槽、飞边、裂纹及疏松;内部缺陷包括隧道型孔洞缺陷、针状型孔洞缺陷、未焊透和弱连接。因此,选择合适的焊接工艺参数是保证铜／钢搅拌摩擦焊获得优质焊缝的前提。     

导入超声振动的搅拌摩擦焊性能研究

搅拌摩擦焊(FSW)技术已成功地应用于铝合金的薄板及中等厚度板的焊接,但是在焊接铝合金厚板时,被焊件焊缝深层容易出现组织疏松甚至空洞现象.为解决厚板焊接问题,扩大FSW的应用范围,提出导入超声振动能量到FSW的焊缝区.通过对2519铝合金进行对比焊接实验,并对焊缝的微观组织和力学性能进行分析比较.试验结果表明,超声振动能有效地促进焊缝底部金属材料的流动,减小流动阻力,提高焊缝力学性能,细化金相组织.