镁/铝层状复合板材搅拌摩擦焊焊接行为

采用搅拌摩擦焊(FSW)方法对爆炸焊方法制备的镁/铝层状复合板进行焊接,对不同焊接速度条件下焊接接头的微观组织、物相以及力学性能进行分析。结果表明：镁/铝层状复合板的搅拌摩擦焊焊接接头界面连接效果良好,热机械影响区和热影响区界线不明显,搅拌区内镁、铝交替分布呈条带状,在搅拌区、热机械影响区和热影响区形成了Al₃Mg₂和Mg₁₇Al₁₂金属间化合物,焊接缺陷主要为界面处金属没有及时填充形成的隧道孔洞;焊接接头横截面硬度呈“W”形分布,搅拌区的硬度从铝侧→界面→镁侧逐渐降低;FSW焊接接头的抗拉强度最大可达94.5 MPa,伸长率为6.7%,断裂机理为金属间化合物的脆性断裂和金属基体镁/铝的韧性断裂。     

镍中间层对铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接头微观组织的影响

采用搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW),引入厚度为0.05 mm镍箔作为中间层,在焊接速度不变条件下,采用不同转速对厚度为4 mm的6061铝合金和AZ31镁合金进行平板对接,对接头进行系列微观组织表征及力学性能测试,探讨转速对接头中镍颗粒分布状态,金属间化合物(intermetallic compounds, IMCs)种类与分布及接头强度的影响规律. 研究结果表明:与未引入中间层接头相比,引入镍改变了铝/镁异种金属FSW接头焊核区(weld nugget zone, WNZ)中IMCs种类及分布,WNZ存在明显的镁合金与铝合金相间的带状组织,其上分布着絮状Al₁₂Mg₁₇、颗粒状Mg₂Ni、层状Al₃Mg₂及大小不一的镍箔颗粒;随着转速增加,镍箔颗粒分布愈加均匀,Al₃Mg₂数量相对减少,且脆性Al₃Mg₂由连续分布逐渐演变为断续分布;当转速为750 r/min时,接头抗拉强度达到最大值,与未引入中间层接头相比,引入镍中间层接头抗拉强度提高了56 MPa,达到镁合金的56.9%.     

异种材料及复合热源搅拌摩擦焊

在对接和搭接方式中,异种材料搅拌摩擦焊相较于同种材料分别具有一些额外的焊接参数,并且对搅拌头材料也有更苛刻的使用要求。总结近年来异种材料搅拌摩擦焊的研究现状,介绍异种材料搅拌摩擦焊过程中脆性金属间化合物的生成及其对焊接接头的力学性能产生的影响。从金属流动机理和数值模拟方面,研究金属间化合物的生成和成长规律,给出针对金属间化合物可能的解决方法。针对高熔点焊材,介绍复合热源搅拌摩擦焊技术、常用的辅助热源以及复合热源搅拌摩擦焊在异种材料搅拌摩擦焊方面的优点和研究的不足之处。     

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.     

异种金属材料搅拌摩擦焊的研究现状及展望

对近年来国内外异种金属搅拌摩擦焊的研究现状进行了总结。重点对异种材料搅拌摩擦焊的特点、应用及其组织演化特征进行归纳和分析。异种材料连接结构具有两种材料综合的优异性能,随着异种材料连接结构应用前景的不断扩大,采用搅拌摩擦焊接技术的优势是生产效率高、焊接变形小、成本低、质量好等。但是,异种材料的搅拌摩擦焊技术存在一个突出的问题就是接头中存在金属间化合物,这会对其力学性能产生十分不利的影响。因此,在进行异种材料的搅拌摩擦焊时,对金属间化合物的形貌及分布状态的控制是获得优良焊接接头的关键所在。     

旋转速度对镁/铜异种金属搅拌摩擦焊接头成形及拉伸性能的影响

保持95 mm/min焊接速度不变的条件下,通过改变旋转速度研究其对镁/铜异种金属搅拌摩擦焊接头成形和力学性能的影响。结果表明:采用750 r/min搅拌头旋转速度焊接时,焊缝表面出现起皮现象;焊核区底部形成明显的隧道槽缺陷。适当增加搅拌头旋转速度至950 r/min时,焊缝表面变得更光滑;混合区尺寸增大;内部隧道槽缺陷消失;该混合区主要由被搅碎的Mg、Cu合金和少量新生成的Mg₂Cu金属间化合物组成;接头的抗拉性能最好,抗拉强度达81.7 MPa;但是,继续增大搅拌头旋转速度至1180 r/min时,不利于接头成形,混合区底部有细小的孔洞缺陷产生。     

铝/钢搅拌摩擦焊金属间化合物调控研究进展

铝/钢异种金属的可靠连接是汽车行业实现轻质节能设计的重要途径. 铝和钢的热物理性能和化学性能差异大,采用固相焊方法连接较为适宜. 搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)具有热输入低、高温停留时间短和焊接变形小等特点,在连接铝/钢异种金属上具有较大的优势和潜力. 铝/钢异种金属FSW高质量的核心技术之一为界面金属间化合物的调控. 基于铝/钢FSW固相连接机制,文中从焊接参数(焊接速度、焊具转速、偏移量、倾斜角和下压量)、焊具结构(搅拌针形貌、螺纹及锥角)和中间层(铝和锌等)设计等方面对界面金属间化合物调控的研究现状进行了综述,并围绕接头承载能力的提升总结了铝/钢FSW新技术(匙孔填充、自铆接及外源辅助FSW),并进一步展望了铝/钢FSW的发展趋势.     

铝/镁异种合金搅拌摩擦搭接焊接头界面结构及拉剪性能

在其它焊接条件相同的情况下,通过改变焊接速度对5A06铝合金和AZ31镁合金进行搅拌摩擦搭接焊接试验,分析焊接速度对接头hook沟成形及拉剪性能的影响.结果表明,适当降低焊接速度,有利于提高焊接热输入量和金属流动能力,使得接头的有效搭接厚度和宽度增加,内部孔洞缺陷消失.此外,有利于hook沟处铝和镁金属原子发生充分扩散...     

铝-铜异种材料搅拌摩擦焊接头组织及性能研究

采用搅拌摩擦焊对3 mm厚的T2紫铜和工业纯铝进行对接焊,结果表明:焊接前对T2紫铜进行退火处理,同时搅拌针相对于配合面向铝侧偏移时,可以减小搅拌针粘连问题,获得成形良好的焊接接头。搅拌区形成沿搅拌头旋转方向连续分布片层状与涡流状复杂结构。接头抗拉强度为112 MPa,为工业纯铝母材强度的86.2%左右,试样拉伸断裂位置位于搅拌区前进侧过度区域,断口SEM形貌呈现明显的脆性断裂特征;接头前进侧热影响区出现了不同程度的软化现象,焊核区最低硬度为51.02 HV,均低于两侧母材硬度。     

工艺参数对铝镁搅拌摩擦焊焊缝成形质量的影响

采用搅拌摩擦焊(FSW)对厚度为4 mm的6061铝合金与AZ31B镁合金进行不同工艺的平板对接试验. 采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及能谱仪(EDS)对接头进行微观组织观察,采用电子万能试验机对接头力学性能进行测试. 结果表明,在接头焊核区(WNZ)中存在着明显的带状组织,带状组织是由插入镁基体中的铝合金条以及弥散分布在条带上的金属间化合物(IMCs)组成;IMCs主要为Al₁₂Mg₁₇和Al₃Mg₂;铝/镁异种金属FSW接头裂纹形核和扩展均发生在带状组织内;焊接工艺影响带状组织形态和IMCs尺寸及数量;随着转速(n)的增加或焊接速度(v)的降低,带状组织呈弯曲状,长度相对较短且呈不连续分布;当转速(n)过高或焊接速度(v)过低时,带状组织变细,但IMCs数量增多且尺寸变大;铝/镁异种金属FSW接头强度主要取决于带状组织形态和IMCs尺寸及数量.     

带状组织对铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

采用搅拌摩擦焊(FSW)对厚度为4 mm的6061铝合金与AZ31B镁合金进行不同工艺的平板对接试验. 采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及能谱仪(EDS)对接头进行微观组织观察,采用电子万能试验机对接头力学性能进行测试. 结果表明,在接头焊核区(WNZ)中存在着明显的带状组织,带状组织是由插入镁基体中的铝合金条以及弥散分布在条带上的金属间化合物(IMCs)组成;IMCs主要为Al₁₂Mg₁₇和Al₃Mg₂;铝/镁异种金属FSW接头裂纹形核和扩展均发生在带状组织内;焊接工艺影响带状组织形态和IMCs尺寸及数量;随着转速(n)的增加或焊接速度(v)的降低,带状组织呈弯曲状,长度相对较短且呈不连续分布;当转速(n)过高或焊接速度(v)过低时,带状组织变细,但IMCs数量增多且尺寸变大;铝/镁异种金属FSW接头强度主要取决于带状组织形态和IMCs尺寸及数量.     

异种材料的搅拌摩擦焊技术

进行了铝合金与工业纯铜、铝合金与低碳钢的搅拌摩擦焊接实验.实际焊接了对接接头、丁字接头、搭接接头,观察了焊接接头组织,测量了接头性能.结果表明,用搅拌摩擦焊方法代替熔化焊方法焊接异种材料,可以获得组织致密、无缺陷的接头,接头强度较高,且工艺适应性、结构适应性较好,焊接工艺参数、各组元在焊缝金属中的比例等对形成良好的焊缝有重要的影响.     

铝/镁搅拌摩擦焊异质接头热-力场仿真研究

铝合金和镁合金在多材料结构中的混合应用可有效实现轻量化效果,以搅拌摩擦焊为代表的新型固相焊接技术在铝/镁异种合金连接中的应用是焊接领域的研究热点。文中基于扭矩热源模型,利用Abaqus软件分析了搅拌头转速对6061铝合金/AZ31镁合金搅拌摩擦焊搭接接头热-力场的影响。结果表明:受搅拌头产热和热传导散热的共同作用,接头表面和横截面温度场分别呈椭圆状和碗状,焊缝前进侧温度高于后退侧。接头残余应力主要由纵向应力和横向应力构成,轴肩边缘同时受热应力和机械应力的作用而具有应力峰值。此外,接头峰值温度和残余应力值均随搅拌头转速的提高表现出不同程度的增大。相关研究结果可为铝/镁异种合金搅拌摩擦焊工艺参数的设计与优化提供理论指导。     

铝和镀锌钢板的搅拌摩擦焊搭接分析

对异种材料DP600镀锌双相钢板和1060工业纯铝进行了搅拌摩擦焊搭接试验（铝板在上,钢板在下）．从接头横截面的金相形貌可以发现,在前进侧和返回侧,钢像两个钉子一样进入铝中．在微观上,钢和铝以河流状的形式充分地混合在一起．在焊核区和热力影响区,钢和铝之间形成了一层有一定宽度的由两种材料呈带状交错分布组成的过渡层．力学性...     

转速对铝/镁搅拌摩擦焊接头金属间化合物及低熔点共晶的影响

研究了转速对铝/镁搅拌摩擦焊接头金属间化合物和低熔点共晶的影响,并用电子背散射衍射表征了铝侧和镁侧界面微观结构。结果表明,当采用375 r/min的低转速时,镁侧界面上部出现由Mg固溶体和Al₁₂Mg₁₇相组成的共晶层,平均厚度为38.83 μm。在镁侧界面上部还发现一层厚度为12.3 μm的连续柱状Al₃Mg₂层,垂直于Al₃Mg₂层与共晶层的边界。在镁侧界面的中部和底部,只有Al₃Mg₂层和Al₁₂Mg₁₇层,其厚度沿厚度方向从上到下依次减小。此外,铝侧和镁侧界面的Al₃Mg₂层具有较高的平均晶粒取向差,这为铝和镁原子间的扩散提供了一条途径。当转速为600 r/min时,Mg固溶体与Al₁₂Mg₁₇相组成的共晶层沿厚度方向分布在镁侧界面上,共晶层厚度较低转速（375 r/min）时显著增加。镁侧界面上部的Al₃Mg₂层和共晶层的平均厚度分别为32.89和68.92 μm。最后,由转速引起的应变速率对金属间化合物的生长起着重要作用。     

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。     

先进的搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊是利用一种特殊形式的搅拌头边旋转边前进，通过搅拌头与工件的摩擦产生热量，摩擦热使该部位金属处于热塑性状态，并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动，从而使待焊件压焊为一个整体。它可以焊接所有牌号的铝合金以及用熔焊方法难以焊接的材料，并突破了普通摩擦焊对轴类零件的限制。由于搅拌摩擦焊是固态焊接，所以没有熔化焊时的气孔、裂纹等缺陷。搅拌摩擦焊的接头性能普遍优于熔化焊的。     

钛/铝异种金属搅拌摩擦焊搭接接头的组织结构

采用搅拌摩擦焊对TC1钛合金和LF6铝合金异种金属进行了搭接连接,研究了接头的微观组织结构.结果表明,当搅拌头旋转频率为1 500 r/min、焊接速度为60mm/min时,能获得焊缝成形良好、无孔洞和裂纹等缺陷的搭接接头,搭接处铝合金和钛合金充分混合,形成焊核区.焊核两侧进入铝合金中的钛合金在搅拌针的挤压下发生了弯曲...     

铝锂合金搅拌摩擦焊研究现状

铝锂合金具有低密度、高比强度和比刚性、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和超塑性等优点,是理想的航空航天结构材料。搅拌摩擦焊作为一种新型的固相连接方法,应用于铝锂合金焊接时展现出制造成本低、环境污染小和接头力学性能好等一系列优点。为进一步提升搅拌摩擦焊在铝锂合金焊接领域的应用,文章从铝锂合金搅拌摩擦焊接头组织性能方面的国内外研究现状进行了综述,并对未来铝锂合金搅拌摩擦焊的研究方向进行展望。     

异种材料的搅拌摩擦焊接

进行了铝合金与工业纯铜、铝合金与低碳钢的搅拌摩擦焊接实验。实际焊接了对接接头、丁字接头、搭接接头，观察了焊接接头组织，测量了接头性能。结果表明，用搅拌摩擦焊方法代替熔化焊方法焊接异种材料，可以获得组织致密、无缺陷的接头，接头强度较高，且工艺适应性、结构适应性较好，焊接工艺参数、各组元在焊缝金属中的比例等对形成良好的焊缝有重要的影响。