2024-T4铝合金超声辅助搅拌摩擦焊接头组织与性能研究

沿搅拌头方向将超声能量引入对接焊焊缝,利用超声波的振动作用,促进搅拌针周围金属原子的运动和扩散能力,能有效地细化和均匀化焊核区的金属组织,改善焊缝材料的塑性流变行为,增强焊缝底部的搅拌强度,提高搅拌摩擦焊焊接质量和焊接效率。通过对1.8 mm厚2024-T4铝合金进行平板对接焊试验,对比研究了搅拌摩擦焊焊接接头组织与性能。结果表明,超声辅助搅拌摩擦焊能有效减少焊接缺陷,并且接头强度提高了10%,超声辅助搅拌摩擦焊优越性效果明显。     

LF21超声搅拌摩擦焊接头组织及性能分析

利用超声波对金属塑性成形作用对LF21铝合金进行了超声搅拌摩擦焊接试验,并对常规搅拌摩擦焊与超声搅拌摩擦焊接头的微观组织、断口形貌进行了对比分析.结果表明,超声能量通过搅拌头有效地导入焊缝底部,在增加焊缝底部搅拌强度的同时,提高了搅拌针周围金属原子的运动和扩散能力,焊核区的金属组织有明显的晶粒细化和组织均匀化.超声搅拌摩擦焊断口韧窝数量与深度均不及常规搅拌摩擦焊,撕裂棱不明显;超声搅拌摩擦焊可以提高接头力学性能,但平均断后伸长率相比常规搅拌摩擦焊有所下降.     

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。     

超声波对搅拌摩擦焊接头组织和力学性能的影响及其机理分析

介绍了一种新型的超声复合搅拌摩擦焊技术,能够获得力学性能更优、微观组织更加均匀的搅拌摩擦焊接接头。设计同一参数条件下的工艺试验方法,分析6061 T6、2219 T6、5A06 H112三种铝合金对接接头的金相组织特征和接头力学性能,并与传统搅拌摩擦焊进行对比。通过对比金属塑性流动的规律与焊缝截面成形情况,总结超声波对搅拌摩擦焊接接头组织及力学性能的影响和机理。     

搅拌摩擦焊焊缝塑性金属流动的实验研究

用铝箔作为标示材料,进行了LY12铝合金的搅拌摩擦焊试验.焊后在与焊缝表面平行的截面上,观察了标示材料在焊缝中流动的痕迹.结果表明,左旋螺纹探针搅拌头搅拌摩擦焊过程中,焊缝材料在水平面的流动与焊缝中心是不对称的.在焊缝上部,前进边的标示材料向前迁移,而返回边的标示材料绕过搅拌针向后迁移;在焊缝中下部,搅拌针周围出现塑性环.     

6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊焊缝相控阵超声波检测

分析了6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷特征,研究了6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊焊缝缺陷相控阵超声波检测技术的原理和特点,采用相控阵超声波检测方法对典型的搅拌摩擦焊焊缝缺陷进行了检测,并通过X射线对检测结果进行了验证和对比分析。结果表明,针对6005A-T6铝合金车体搅拌摩擦焊对搭接焊缝的特点,采用相控阵超声波无损检测技术能够有效地检测出隧道孔、未焊透等典型搅拌摩擦焊焊缝缺陷,是一种切实可行的搅拌摩擦焊焊缝缺陷无损检测方法。     

2219铝合金搅拌摩擦焊焊缝相控阵超声波无损检测北大核心

分析了2219铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷特征,研究了2219铝合金搅拌摩擦焊焊缝缺陷相控阵超声波检测技术的原理和特点,采用相控阵超声波检测方法对典型的搅拌摩擦焊焊缝缺陷进行了检测,并通过金相剖切结果对检测结果进行了验证和对比分析。结果表明,针对搅拌摩擦焊焊缝缺陷的特点,相控阵超声波无损检测技术对缺陷的检出能力强,对搅拌摩擦焊焊缝的根部弱结合等面积型缺陷和孔洞等体积型缺陷都有较好的检测能力,是一种行之有效的搅拌摩擦焊焊缝缺陷检测方法。     

2219铝合金搅拌摩擦焊“弱连接”缺陷的制备及表征

搅拌摩擦焊焊缝金属的塑性流动与工件表面状态对焊缝的微观组织演化及焊缝缺陷形成有着十分重要的影响,采用"示踪铜箔"探索了可视化示踪材料紫铜箔在搅拌摩擦焊接头内的迁移行为。为进一步分析和证明搅拌摩擦焊接头"弱连接"缺陷形成机制,进行了2219铝合金(阳极化处理)的搅拌摩擦焊试验。结果表明,焊件表面未清理的氧化膜在搅拌摩擦接头内形成了一条始于后退侧、而在前进侧取向发生逆向延伸的黑色流动迹线,即"S"线弱连接缺陷。     

采用辅助能量的搅拌摩擦焊新工艺

常规搅拌摩擦焊一般需要很大的轴向压力和搅拌头转矩来产生足够的摩擦热和塑性功来软化材料形成焊缝。这会导致搅拌头磨损,并限制焊接速度的提高,尤其是在焊接高强高硬材料时,这种问题变得更加突出。为了解决这些问题,研究人员通常采用辅助能源(激光、电弧热、电阻热、感应热等)来协助软化待焊材料,从而降低轴向压力和搅拌头转矩,并提高焊接速度。然而,对于作为固相连接的搅拌摩擦焊,这种直接加热的方式往往具有一些固有的不足之处。作为一类机械能,超声振动能够在无显著加热的条件下降低金属材料的变形抗力。因此,利用超声振动作为辅助能源,构成超声强化的搅拌摩擦焊新工艺,可改善焊接质量、降低焊接载荷、提高焊接速度,具有很大的发展潜力。文中对这些采用外加辅助能量的搅拌摩擦焊新工艺技术进行了评述,并对该领域下一步的研发方向进行了展望。     

2219铝合金搅拌摩擦焊焊缝相控阵超声波无损检测

分析了2219铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷特征,研究了2219铝合金搅拌摩擦焊焊缝缺陷相控阵超声波检测技术的原理和特点,采用相控阵超声波检测方法对典型的搅拌摩擦焊焊缝缺陷进行了检测,并通过金相剖切结果对检测结果进行了验证和对比分析。结果表明,针对搅拌摩擦焊焊缝缺陷的特点,相控阵超声波无损检测技术对缺陷的检出能力强,对搅拌摩擦焊焊缝的根部弱结合等面积型缺陷和孔洞等体积型缺陷都有较好的检测能力,是一种行之有效的搅拌摩擦焊焊缝缺陷检测方法。     

铝合金搅拌摩擦焊焊缝未焊透缺陷的无损检测

文中通过改变对接面倾斜角获得不同弯曲形态的铝合金搅拌摩擦焊焊缝未焊透缺陷,分别采用超声相控阵、超声波C扫和X射线对其进行检测。结果表明,采用A扫描加S扫描的扫查模式,通过超声相控阵可以方便、有效地检测出搅拌摩擦焊焊缝细微、取向复杂的缺陷,而超声波C扫和X射线仅对于接近竖直的未焊透有很高的检出率。     

镁合金搅拌摩擦焊的研究进展

传统的镁合金熔化焊易造成晶粒粗大、热裂纹和气孔等缺陷问题。搅拌摩擦焊是解决这些缺陷的有效途径。本文介绍了镁合金搅拌摩擦焊的研究现状,包括焊缝的成形特点、组织特征、力学性能以及接头材料的塑性流动情况。提出了镁合金搅拌摩擦焊的研究方向。     

搅拌摩擦焊焊缝材料塑性流变研究概述

搅拌摩擦焊焊缝金属塑性流变直接关系到焊缝组织形成，是决定焊缝质量的关键。介绍了目前搅拌摩擦焊焊缝金属的塑性流变研究现状，从试验和计算机模拟两个方面分别加以介绍。     

超声对不同铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

利用自行研制的超声搅拌摩擦焊机分别对2219,7A52,LF21铝合金进行了常规搅拌摩擦焊和超声搅拌摩擦焊两种不同焊接的试验,并对常规搅拌摩擦焊与超声搅拌摩擦焊焊缝的微观组织、拉伸断口形貌进行了对比分析.结果表明,超声搅拌摩擦焊与常规搅拌摩擦焊相比热影响区几乎消失;超声搅拌摩擦焊焊缝焊核区组织比常规搅拌摩擦焊焊核区组织晶粒更加细小;断口扫描电镜图显示母材断口韧窝具有非等轴状待征,韧窝边上撕裂棱明显表明为韧性断裂;超声搅拌摩擦焊断口韧窝撕裂棱不明显;超声搅拌摩擦焊比常规搅拌摩擦焊的平均抗拉强度有所提高,但断后伸长率有所降低.     

基于正交试验的2024-T4铝合金超声辅助搅拌摩擦焊的研究

采用正交试验研究了超声辅助搅拌摩擦焊工艺参数对1.8 mm厚的2024-T4铝合金板接头组织与力学性能的影响。结果表明:焊接速度对接头抗拉强度的影响最大,而旋转速度和超声频率的作用依次减弱;采用最优参数焊接,即当转速为1600 r/min、焊速为240 mm/min、频率为25 k Hz时,其接头的抗拉强度可达397 MPa,比搅拌摩擦焊强度提高了6%。通过对比焊缝宏观及微观纹理、力学性能、金相组织和显微硬度等,均发现超声搅拌摩擦焊焊缝性能要优于搅拌摩擦焊。     

镁铝异种合金搅拌摩擦焊综述

铝镁合金搅拌摩擦焊中峰值温度超过Al12Mg17和Al3Mg2形成的共晶温度,两种金属间化合物的形成不可避免。通过将镁合金置于前进侧、搅拌针偏向镁合金,采用液氮或水下搅拌摩擦焊,加入中间层过渡金属等方法可降低搅拌摩擦焊过程中的热输入,有效减少焊核区金属间化合物的数量。采用锥形螺纹搅拌针对接、配合直径约为3.5倍板厚的内凹型轴肩可提供适当的热输入,促进材料塑性流动,增加两种材料相互交融的程度,提高接头抗拉强度;超声辅助搅拌摩擦焊技术可破坏脆性界面层进而提高接头强度。     

超声辅助搅拌摩擦焊2219铝合金接头的缺陷控制

为了研究超声的导入对FSW焊缝成型过程中缺陷的抑制作用,对2.5 mm 2219薄板铝合金进行常规搅拌摩擦焊(FSW)和超声辅助搅拌摩擦焊(UAFSW)试验,从焊接变形、孔洞缺陷、残余应力值以及显微组织等方面进行了对比分析。结果表明:在相同的焊接参数下,超声的加入能够使得焊缝成型更美观,有效抑制焊接变形,降低残余应力值,减少焊缝孔洞、疏松等缺陷,提高焊缝质量稳定性。     

搅拌摩擦焊焊缝的无损检测技术

简要介绍了搅拌摩擦焊焊缝缺陷的种类及形成机理,并详细介绍了搅拌摩擦焊焊缝缺陷的渗透检测、射线检测、超声波检测及涡流检测取得的最新进展和研究成果.比较了这四种检测方法的优势与不足,提出了在检测中将阵列涡流检测与相控阵超声波检测结合可以最大程度地发现搅拌摩擦焊焊缝缺陷.     

基于数值模拟的搅拌摩擦焊接成形缺陷预测

采用DEFORM-3D软件建立了搅拌摩擦焊三维热-力耦合有限元模型,通过数值模拟研究了不同工艺参数条件下预测搅拌摩擦焊成形缺陷的方法。将数值模拟的缺陷预测结果与实验结果进行对比,验证了本模型进行缺陷预测的可行性。为了研究焊缝成形缺陷产生的原因,对比分析了搅拌倾角、焊速等工艺参数影响搅拌摩擦焊温度及材料流动的规律,结果表明,增大搅拌头倾角可明显增加焊缝前进侧材料的焊接温度,增大焊速会小幅降低前进侧根部材料的焊接温度。同时,增大搅拌头倾角可增大搅拌头后方材料的接触压力,相应地可增大其摩擦驱动力,促使材料产生塑性流动;但增大焊速,会使接触压力降低,使材料因摩擦驱动力不足而流速过小,甚至停止流动形成孔洞型缺陷。     

2519A铝合金超声辅助搅拌摩擦焊接试验分析

针对2519A铝合金搅拌摩擦焊(FSW)底部虚焊和弱连接等问题,通过搅拌头施加纵深超声能,形成超声辅助搅拌摩擦焊(UAFSW),进行了同种工艺条件下的FSW与UAFSW对比试验分析.结果表明,超声能的加入,使焊接区金属的塑性变形阻力降低,UAFSW焊缝整体流变区域明显增大加深,且超声能贯穿到焊缝底部,使底部流动性增强,降低了缺陷率,使焊核区连续动态再结晶过程获得的晶粒尺寸更细小,且析出的第二相更精细;UAFSW焊缝的抗拉强度达到364.62 MPa,为母材抗拉强度的79.25%,比FSW焊缝提高4.10%,平均屈服强度则显著提高10.98%,但断后伸长率有所降低.