搅拌头形状对搅拌摩擦焊接头中洋葱环形貌的影响

采用铝箔作为标示材料,用不同螺纹旋向、不同轴肩直径的搅拌头进行了搅拌摩擦焊试验。结果表明,搅拌针表面为左旋螺纹时,洋葱环中心出现在焊缝的中下部,搅拌针表面为右旋螺纹时,洋葱环中心出则现在焊缝的上部;洋葱环花纹是由搅拌针附近的塑性金属在搅拌针表面螺纹的驱动下沿厚度方向迁移并在搅拌针端部或根部形成挤压区所造成的;轴肩较大的搅拌头有利于塑性金属在焊缝厚度方向上的迁移,洋葱环更易于在厚度方向上扩张。     

焊缝金属厚度方向的流动与洋葱瓣花纹的形成

研究了在铝合金薄板与铜箔交替叠加的多层板搅拌摩擦焊过程中焊缝金属的塑性流动行为.结果表明,用带螺纹的搅拌针焊接时,搅拌针周围金属沿螺纹在焊缝厚度方向产生剧烈的流动,在螺纹端部脱离搅拌针并向周围挤压母材,形成实心环形挤压区,与周围母材有明显的界面.洋葱瓣花纹是实心环形挤压区在焊缝横截面上的表现形式.搅拌针表面的螺纹提供金属在焊缝厚度方向流动的驱动力.搅拌头顺时针旋转时,用左螺纹搅拌针焊接的焊缝横截面上,洋葱瓣花纹的中心偏向焊缝底部;用右螺纹搅拌针焊接的横截面上,花纹的中心偏向焊缝表面.     

搅拌针形状对搭接焊缝界面迁移的影响

采用搅拌针长度相同而形状不同的搅拌头对3mm厚的LY12CZ铝合金进行了搅拌摩擦焊搭接试验。结果表明,表面带有螺纹的搅拌针使板材间的搭接界面在厚度方向上发生迁移,左螺纹使邻近搅拌针的塑化金属向下迁移,在搅拌针端部积聚,挤压周边金属向上运动,导致搭接界面向上迁移;右螺纹使邻近搅拌针的塑化金属向上迁移,在搅拌针根部积聚并受轴肩作用,挤压周边金属向下运动,导致搭接界面向下迁移。若搅拌针表面是光滑的,搭接界面在厚度方向上的迁移减小,但返回边界面向焊缝中心延伸的程度增大。     

搅拌针端部形状对FSW接头根部金属流动行为的影响

采用不同端部形状的搅拌针对12 mm厚的6061-T4铝合金进行对接焊,观察了匙孔处不同横截面上焊缝形貌,分析了搅拌针端部形状变化对FSW接头根部金属流动行为的影响.结果表明,FSW焊缝区金属沿焊缝厚度方向上的迁移主要受搅拌针表面螺纹影响,而搅拌针端部锥度对接头根部金属的迁移的影响可分为两个方面,一是脱离螺纹作用的金属向下迁移,二是焊核区金属的向上迁移.搅拌针端面直径影响FSW接头未焊透厚度.随搅拌针端面直径增加,搅拌针可焊板材厚度增大.     

搅拌针表面螺纹头数与轴肩下压量对金属轴向迁移的影响

研究搅拌针表面螺纹头数与轴肩下压量对8 mm厚的LY12铝合金板材在搅拌摩擦焊过程中焊缝塑性金属在搅拌针轴向的迁移量的影响.结果表明:螺纹内的塑性金属因受到螺纹表面挤压力和螺纹表面与金属间摩擦力的共同驱动而在搅拌针轴向产生迁移,单位时间内塑性金属的轴向迁移量取决于引起金属迁移的驱动力大小和单位长度螺纹内携带金属的量.增加搅拌针表面螺纹头数和增大焊缝所受轴向的挤压力均能使焊缝塑性金属的轴向迁移量增加,其宏观表现为呈"洋葱瓣"花纹状的焊核横截面积增大.     

搅拌摩擦焊焊缝塑性金属流场的数值模拟

依据流体力学理论,建立搅拌摩擦焊的三维流场有限元模型,根据试验参数确定流场的定解条件对搅拌摩擦焊过程进行数值模拟,得到了焊缝塑性金属的三维速度场、流线轨迹.结果表明:焊缝上部金属呈规则的层流,下部金属呈不规则的紊流;塑性金属在厚度方向上发生了循环迁移,搅拌针附近的塑性金属沿搅拌针向上迁移,其外围的金属则向下迁移.     

一般问题

20091022焊缝金属厚度方向的流动与洋葱瓣花纹的形成/柯黎明…//焊接学报.-2008,29(7):39~42研究了在铝合金薄板与铜箔交替叠加的多层板搅拌摩擦焊过程中焊缝金属的塑性流动行为。结果表明,用带螺纹的搅拌针焊接时,搅拌针周围金属沿螺纹在焊缝厚度方向产生剧烈的流动,在螺纹端部脱离搅拌针并向周围挤压母材,形成实心环形挤压区,与周围母材有明显的界面。洋葱瓣花纹是实心环形挤压区在焊缝横截面上的表现形式。搅拌针表面的螺纹提供金属在焊缝厚度方向流动的驱动力。搅拌头顺时针旋转时,用左螺纹搅拌针焊接的焊缝横截面上,洋葱瓣花纹的中心偏向焊缝底部;用右螺纹搅拌针焊接的横截面上,花纹的中心偏向焊缝表面。图6参920091023CCGA元器件焊柱可靠性影响的有限元分析/皋利利…//焊接学报.-2008,29(7):93~96借助ANSYS有限元软件建立CCGA624器件的三维条状模型,基于应变对焊柱可靠性进行优化模拟分析。结果表明,离器件中心最远处焊柱为整个器件的最危险焊柱,共晶钎料与Sn3.5Ag焊柱的连接处具有明显的应变集中现象,裂纹将最先在该处萌生。焊柱尺寸优化结果显示:应变随着焊柱间距的增大而升高,但变化趋势缓...     

一般问题

20091022焊缝金属厚度方向的流动与洋葱瓣花纹的形成/柯黎明…//焊接学报.-2008,29(7):39~42研究了在铝合金薄板与铜箔交替叠加的多层板搅拌摩擦焊过程中焊缝金属的塑性流动行为。结果表明,用带螺纹的搅拌针焊接时,搅拌针周围金属沿螺纹在焊缝厚度方向产生剧烈的流动,在螺纹端部脱离搅拌针并向周围挤压母材,形成实心环形挤压区,与周围母材有明显的界面。洋葱瓣花纹是实心环形挤压区在焊缝横截面上的表现形式。搅拌针表面的螺纹提供金属在焊缝厚度方向流动的驱动力。搅拌头顺时针旋转时,用左螺纹搅拌针焊接的焊缝横截面上,洋葱瓣花纹的中心偏向焊缝底部;用右螺纹搅拌针焊接的横截面上,花纹的中心偏向焊缝表面。图6参920091023CCGA元器件焊柱可靠性影响的有限元分析/皋利利…//焊接学报.-2008,29(7):93~96借助ANSYS有限元软件建立CCGA624器件的三维条状模型,基于应变对焊柱可靠性进行优化模拟分析。结果表明,离器件中心最远处焊柱为整个器件的最危险焊柱,共晶钎料与Sn3.5Ag焊柱的连接处具有明显的应变集中现象,裂纹将最先在该处萌生。焊柱尺寸优化结果显示:应变随着焊柱间距的增大而升高,但变化趋势缓...     

搅拌针形状对搅拌摩擦焊焊缝截面形貌的影响

采用镶嵌异种材料作为标识材料的方法,用不同搅拌针形状的搅拌头,进行了搅拌摩擦焊试验.结果表明,搅拌针形状影响焊缝塑化金属流动的行为,导致焊缝截面形貌发生变化.搅拌针表面的反螺纹使搅拌针周围塑化金属向下流动,迫使搅拌针端部周边金属向上运动,焊核中心处于焊缝横截面下部;正螺纹使搅拌针周围塑化金属向上流动,迫使轴肩下方及周边金属向下运动,焊核中心处于焊缝横截面上部.改变搅拌针形状及长度,可以改变搅拌针下方及附近区域塑化金属的流动形态,从而改变焊缝底部的成形及包铝层进入焊缝的深度.     

搅拌摩擦焊塑性金属流动行为研究

通过观测铝合金焊缝接头显微组织形貌与塑性金属组织的流线形,并结合对搅拌过程中搅拌针周围塑性金属的受力情况分析,初步构建了搅拌摩擦焊塑性金属流动行为模型,揭示了焊接缺陷的产生原因和性能薄弱区域。研究结果表明,水平方向上将塑性金属的流动迁移过程包括5个同时进行的过程,其中前进侧切削金属较少,在后退侧,搅拌针焊接前进方向和旋转方向相反,切削金属量达到最大值。厚度方向上由于轴肩的顶锻作用,上部塑性金属向下迁移,在焊缝中部堆积形成洋葱环。实际流动过程是水平和厚度方向流动行为的叠加。     

搅拌针锥度和螺纹头数对厚板铝合金FSW焊缝金属迁移的影响

研究了20 mm厚2024-T4铝合金板材在搅拌摩擦焊过程中,搅拌针锥度与搅拌针表面螺纹头数对焊缝塑性金属在搅拌针周围迁移程度的影响.结果表明,随搅拌针螺纹头数增加,搅拌头旋转1圈时搅拌针螺纹所转移的高温金属量增加,焊核中塑性金属在前进边和返回边的轴向上迁移程度增加,宏观表现为焊核高度、宽度和面积增大;搅拌针锥度由25°减少至15°时,焊缝塑化金属量增加,焊核塑性金属在焊缝横截面上横向和轴向的迁移程度都增大,焊核面积增大.采用多头螺纹和较小锥度的搅拌针,可以改善厚板焊接时温度梯度大、焊缝金属流动不充分的问题,保证焊缝冶金质量.     

搅拌针表面形状对焊缝金属轴向迁移的影响

采用不同表面形状的搅拌针对20 mm厚7075铝板进行焊接,分析其对焊缝金属沿轴向迁移的影响.结果表明,使用圆锥形搅拌针焊接时,随着旋转速度增加,焊核区面积、塑化金属沿两边向上迁移高度先增大后减小,疏松区面积则先减小后增大.同一焊缝中焊核区内塑化金属沿前进边向上迁移高度大于返回边.采用375 r/min旋转速度焊接时获得的焊核区面积、塑化金属向上迁移高度最大,疏松区面积最小.而使用三角平面搅拌针焊接时,瞬时空腔的出现增强了沿焊缝水平方向上"抽吸-挤压"效应,同时改善塑化金属沿轴向上的流动性,导致疏松缺陷消失.     

紫铜与低碳钢厚板搅拌摩擦焊工艺分析

用搅拌摩擦焊方法成功焊接了 10 mm 厚的紫铜与低碳钢板,得到了内部无缺陷、外观成形良好的接头.紫铜位于搅拌摩擦焊返回边时,能使焊缝形成良好接头.反之,位于前进边时则有沟槽和未焊合等缺陷.右旋螺纹搅拌针会使焊缝材料向上作螺旋形运动,接头有明显的轴肩影响区,缺陷容易在焊缝底部出现.左旋螺纹搅拌针使搅拌针周围的塑化金属向下迁移,在焊缝下部形成明显的呈"洋葱环"形焊核区,缺陷容易在焊缝上部出现.搅拌针偏移量对焊缝形貌有较大影响.接头抗拉强度达 233 MPa,为铜母材强度的 95%,断裂位置在铜侧热影响区.焊核区抗拉强度达 296 MPa,远超过紫铜母材的强度.

Abstract：

The joining of dissimilar metals, T2 copper and Q235 mild steel plates with 10 mm thickness, is carried out in friction stir welding. Excellent welds can be gained when copper is fixed at the retreating side, but defects can be produced in welds when copper is fixed at the advancing side. The pin shapes influence the flow of the plasticized metal in the weld, which results in the variety of the morphology of the weld. If the screw thread on the pin is clockwise, the metal around the pin will move upwards to the root of the pin, which causes that the shoulder affected zone is clear and the weld defects would form at the lower part of the weld section. If the screw thread on the pin is counter-clockwise, the metal around the pin will move downwards, which drives the metal around the pin tip to move around and upwards. The onion ring pattern, which appears like lamellar structure, is observed in the stir zone. The shoulder-affected zone is not clear; the weld defects will form at the upper part of the weld section. Various pin offsets will affect the flow of weld metal. If an optimization of the process parameters is performed, defeet-free joints can be formed. The tensile test results show that the maximum joint tensile strength can reach 233 MPa, which is 95% of the parent materials of copper, and the fracture happens in the HAZ of copper. The maximum tensile strength of the nugget zone can reach 296 MPa, which is very considerably larger than that of the parent materials of copper.     

铝合金双轴肩搅拌摩擦焊过程材料流动行为

由于下轴肩的引入,双轴肩搅拌摩擦焊(BT-FSW)过程中的材料流动行为较常规搅拌摩擦焊更为剧烈和复杂,显著影响接头力学性能.以2219铝合金为研究对象,基于耦合欧拉-拉格朗日方法建立了BT-FSW过程三维热力耦合模型,并利用示踪粒子技术分析了焊接过程中材料的流动行为.结果表明,BT-FSW过程中的材料流动存在不同时性,...     

铝合金5A02不等厚板的CO_2激光填粉拼焊

在填加粉末的条件下,采用CO2激光器焊接铝合金5A02不等厚板,研究焊接参数对焊缝成形的影响;利用金相显微镜、扫描电镜、拉伸试验机分别研究了激光拼焊板焊接接头的力学性能、断口形貌及微观组织特点。结果表明,填加粉末可使5A02不等厚薄板的激光焊接过程的稳定性显著提高,在比较宽的参数范围内,可以得到成形良好的焊缝;拼焊板的横向拉伸试样均断裂于薄板热影响区,拉伸性能与母材中变形能力较好的板料所占比例有关,该比例越大则拼焊板具有较大的延伸率,变形能力越强;拼焊板的焊缝组织极为细小,在熔合线附近开始向焊缝中心生长的是树枝状晶,在焊缝中心是等轴晶。