Q235碳素结构钢与6061铝合金搅拌摩擦点焊的试验研究

为验证Q235碳素结构钢与6061铝合金搅拌摩擦点焊的可行性,将厚度2mm的Q235钢板(上板)分别与厚度5mm和10mm的6061铝合金板(下板),在主轴转速1200 r/min、轴向负荷12kN以及不同的焊接挤压时间下进行搅拌摩擦点焊试验.结果 表明,对于5mm厚的铝合金板,钢/铝界面温度在8s时迅速上升至6061...     

异种高强铝合金搅拌摩擦焊搭接接头的缺陷和拉伸性能

采用搅拌摩擦焊对5 mm厚2024/7075异种高强铝合金进行上下板交换位置的搭接焊试验,分析接头的缺陷特征和拉伸性能。结果表明:材料位置和焊接速度对缺陷和拉伸性能有较大影响。当2024铝合金为上板时,接头中存在大面积孔洞缺陷,焊缝表面粗糙,尤其在300 mm/min焊速下存在较严重的起皮缺陷;钩状缺陷为搭接接头的典型缺陷,低焊速(50和150 mm/min)下钩状缺陷向上扩展距离较大,7075铝合金为上板时高焊速(225和300 mm/min)下后退侧钩状缺陷水平向焊核区扩展距离较大;在低焊速下,7075铝合金为上板的接头强度较高;在高焊速下,2024铝合金为上板的接头强度较高;钩状缺陷严重减小接头的有效板厚和有效搭接宽度,是接头强度降低的主要因素,优化搅拌摩擦焊搭接工艺必须同时增大有效板厚和有效搭接宽度。     

铜铝异种金属搅拌摩擦焊工艺研究

对2 mm厚的纯铝板和紫铜板的搭接接头的搅拌摩擦焊进行试验研究,分析了工艺参数对焊接质量的影响。结果表明:在试验条件下,焊接速度为60 mm/min、搅拌头旋转速度为700 r/min、下压量为2. 80 mm时,焊接接头抗拉强度达到最大值(96 N/mm2),其为铝母材强度的78%,焊接接头成形良好,无明显缺陷。     

针长对异种铝合金FSLW接头成形及力学性能影响

在2024/7075异种铝合金搅拌摩擦焊的搭接试验中,重点对比分析3 mm与4 mm两种针长下搭接接头横截面形貌及断裂载荷的差异.结果表明,搅拌头转速的增加会加剧上板与下板材料间的混合程度,小的搅拌针扎入量更易获得大的有效板厚与有效搭接宽度.当转速在800~1 200 r/min变化时,使用3 mm针长搅拌头所得搭接接头EST值随着转速先减小后增加,4 mm针长所得EST值则随着转速的增加而逐渐增加;3 mm针长与4 mm针长分别在800 r/min与1 200 r/min下获得了搅拌摩擦焊搭接接头的最大断裂载荷值,其值分别是10.3 k N与10.7 k N;搭接接头主要呈现拉伸断裂.     

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。     

焊接参数对5A06铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

采用搅拌摩擦焊工艺对10 mm厚的5 A06铝合金板进行焊接,研究了搅拌头转速(150～400 r/min)、焊接速度(50～200 mm/min)对接头显微组织、拉伸性能和硬度的影响.结果表明:在试验参数范围内焊接均可获得无宏观缺陷且成形良好的搅拌摩擦焊接头;接头焊核区晶粒细小、组织均匀,热机影响区晶粒相比焊核区的粗...     

钛/铝异种合金FSLW接头的成形与组织研究

以Ti-6Al-4V钛合金和7075-T6铝合金为对象,将钛合金作为搭接上板,研究了钛/铝异种合金搅拌摩擦搭接焊接头的成形与显微组织。结果表明,当搅拌头转速较高时,搭接界面处会产生因材料填充不及时而形成的孔洞缺陷;随着转速的降低,孔洞缺陷的尺寸逐渐减小,当转速为190 r/min时可获得缺陷极小的接头,连接界面处钛/铝合金结合良好。在本文所使用的焊接工艺中,整个焊接过程在β相变点以下进行。     

TC4钛合金搅拌摩擦搭接焊的温度场模拟

建立了TC4钛合金搅拌摩擦搭接焊的有限元模型,基于温度测试结果设置了搅拌摩擦搭接焊的边界条件,进行了搅拌摩擦搭接焊温度场的数值模拟,并对温度模拟结果与测温试验结果进行了对比。结果表明,温度模拟曲线与实测温度曲线趋势相同,二者的焊接温度峰值相差较小;焊接温度峰值随焊接速度的增加而减小。焊缝温度峰值出现在与搅拌头直接接触的区域,位于搅拌头作用区的后方。焊缝区域的温度场沿板厚方向呈上宽下窄的碗型形貌分布。     

搅拌摩擦焊工艺参数对6005A/6082铝合金接头搭接界面形貌和性能的影响

对12 mm厚6005A-T6铝合金型材和6082-T6板材组合的对搭接接头进行了搅拌摩擦焊接,通过改变焊接转速和焊接速度,研究了搅拌摩擦焊工艺参数对接头搭接界面形貌和力学性能的影响规律。试验结果表明,焊接前进侧和后退侧的不同工艺设计选择对接头搭接界面形貌性能具有一定的影响。当焊接工艺参数匹配合理时,接头热输入量适当,获得成型良好、表面光滑、无隧道孔和沟槽缺陷的焊接接头。在一定范围内,选择型材侧为前进侧,在搅拌头旋转速度为750 r/min,焊接速度为250 mm/min工艺条件下接头强度为229 MPa,达到母材强度的73.9%。     

铜/钛搅拌摩擦搭焊接头特征及界面结合机制

研究了搅拌摩擦焊法搭接TA2工业纯钛和T2紫铜。工艺优化实验结果表明：Cu/Ti搭接搅拌摩擦焊工艺窗口较窄,在搅拌头转速800 r/min、焊速20 mm/min以及搅拌头转速900 r/min、焊接速度30 mm/min的焊接工艺参数配比条件下,可获得无缺陷且焊缝表面、搭接界面成形良好的Cu/Ti接头。对搅拌头转速800 r/min、焊速20 mm/min的焊接参数下获得的Cu/Ti接头焊缝进行金相和SEM观察,分析结果表明：搭接界面两侧Cu、Ti宏观流动现象明显,Ti向Cu一侧的塑性材料流动量要明显优于Cu向Ti一侧,且在局部机械混合区呈典型的Cu/Ti相间条带状结构;在搭接界面处形成一层平均厚度约为4.8 μm的扩散过渡层,在过渡层中Cu的扩散速度要大于Ti的扩散速度,Cu/Ti搭接界面形成冶金结合     

工艺参数对5754铝合金搅拌摩擦焊搭接接头剪切性能的影响

在旋转速度800 r/min和焊接速度300 mm/min条件下,对3 mm厚的5754铝合金板材进行搅拌摩擦焊搭接试验,研究了工艺参数(搅拌针长度、轴肩尺寸和上板承力位置)对搭接接头拉伸性能的影响规律。结果表明,搅拌针长度由3.2 mm增加到5 mm时,可以消除AS侧的隧道缺陷,但Hook缺陷依然存在于RS侧;当上板前进侧承力时,产生较大面积的隧道缺陷;当轴肩尺寸由12 mm增大到16 mm时,隧道缺陷消除,但是在AS和RS侧均存在Hook缺陷。5754铝合金FSW搭接接头的最大拉力和抗剪强度受隧道缺陷和Hook缺陷影响显著,当搅拌针长度5.0 mm或轴肩尺寸16 mm时,搭接接头的微观组织中没有隧道缺陷,并且Hook缺陷尺寸较小,5754铝合金搅拌摩擦焊接头的最大拉力较大,抗剪强度较高。     

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。     

5083铝合金与304不锈钢异种材料涡流搅拌摩擦搭接焊工艺研究

为解决铝/钢常规搅拌摩擦焊中搅拌头的磨损和断裂问题,对5083铝合金和304不锈钢进行涡流搅拌摩擦搭接焊工艺试验。通过焊缝表面形貌、接头力学性能和横截面界面组织分析,研究倾角、转速和焊速对涡流搅拌摩擦搭接焊接头质量的影响规律。结果表明：在低转速和低焊速条件下,获得了较好的焊缝表面成形;在转速不变的条件下,随着焊速的提高,界面可承受的拉剪载荷逐渐降低;在焊速不变的条件下,随着转速的提高,界面可承受拉剪载荷先略微增大后减小并维持稳定;搅拌工具以2.5°倾角进行涡流搅拌摩擦焊接时,相较于无倾角条件,可以获得更大的焊缝成形工艺参数窗口和更好的冶金结合强度;5083铝合金和304不锈钢界面结合的主要方式为Al原子向不锈钢中扩散,低转速-低焊速组合下形成的扩散层相对更厚。     

旋转速度对静止轴肩搅拌摩擦焊温度场和应力场的影响

针对3 mm厚的2024-T4铝合金,采用ABAQUS软件建立静止轴肩搅拌摩擦焊热源三维模型,分析2024-T4铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊温度场和应力场的有限元模拟,研究了恒定150 mm/min焊接速度下,旋转速度从800 mm/min到1 200 mm/min对焊接接头残余应力的影响。结果表明：常规搅拌摩擦焊焊缝横截面高温区域呈现碗状分布,而静止轴肩搅拌摩擦焊呈类似于搅拌针形貌分布。相比于常规搅拌摩擦焊,静止轴肩可以获得更窄的搅拌区宽度,并且有效降低焊缝中心的峰值温度。焊后垂直于焊缝区域的纵向残余应力呈现“M”形分布,随着搅拌头旋转速度的增大,两种工艺下的焊后残余应力均增大。此外,静止轴肩在焊接过程中对焊缝区域持续碾压,使得焊后试样的纵向残余应力峰值相比较于传统搅拌摩擦焊能降低45.6%。     

摩擦增材辅助Ti/Al搅拌摩擦搭接接头特征分析

为解决Ti/Al异种材料搅拌摩擦焊接接头强度低、搅拌针磨损等问题,提出一种摩擦增材辅助搅拌摩擦搭接焊(friction addition-friction stir lap welding, FA-FSLW)技术. 该新工艺延续了固相连接的优势,具有热输入量低、界面金属间化合物薄等特点.文中研究了以6082铝合金作预沉积层辅助实现3 mm厚2A12铝合金板与4 mm厚TC4钛合金板之间的连接,焊接过程中搅拌头扎入铝沉积层而不接触钛表面,得到抗拉载荷最大为12.2 kN的接头.结果表明, FA-FSLW复合焊接头的界面迁移越大,接头承载越小.同时,发现界面处的Ti, Al元素发生了明显互扩散,Si元素在界面偏聚,与Ti, Al元素发生冶金反应后形成层状纳米级Ti-Al-Si金属间化合物,为提高接头强度奠定基础.     

温度峰值影响6061铝/AZ31B镁异种材料FSW接头成形的规律

以6061-T6铝合金与AZ31B镁合金为研究对象,基于Abaqus软件进行了异种材料搅拌摩擦焊过程的温度场数值模拟,重点分析搅拌针偏置镁侧下的搅拌区温度峰值影响焊缝表面成形的规律。结果表明,当焊接温度峰值高于Al-Mg共晶温度时,搅拌针根部附近区域会出现较明显的黏着现象,其随着焊接速度的降低而加剧,这与焊接温度峰值的升高相关。随着焊接速度的增加,焊缝表面更易避免裂纹缺陷的产生。当搅拌头的转速为1200r/min且焊接速度为40mm/min时,6061铝/AZ31B镁异种材料焊接接头的表面成形良好。     

工艺参数对Ti/Zn/Al异种金属搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

以3 mm厚2A14铝合金和TC4钛合金为对接材料,0.05 mm厚Zn薄片为中间层材料进行搅拌摩擦焊对接。研究了不同焊接参数对钛/铝异种金属搅拌摩擦焊对接接头宏观形貌、微观组织、力学性能的影响。结果表明:当焊接速度为75 mm/min,旋转速度为375~950 r/min,偏移量2.5 mm时,均可获得表面成形良好的焊接接头。但随着旋转速度的增加,焊缝表面粗糙度先减小后增大,而对接接头抗拉强度逐渐降低;当旋转速度为600 r/min,焊接速度从60mm/min增大到95 mm/min时,焊缝的飞边逐渐减少。当旋转速度为375 r/min,焊接速度为75 mm/min,偏移量2.5 mm时,抗拉强度达到最大值237.3 MPa,达铝合金母材抗拉强度的56.7%。     

重复搅拌对2024铝合金无倾角搅拌摩擦搭接焊的影响

对5 mm厚的2024铝合金板材进行了无倾角搅拌摩擦搭接试验,研究搅拌工具转速、焊接速度、下压量对焊接质量的影响,并优化了工艺参数。采用优化后工艺进行重复搅拌试验,研究重复搅拌消除缺陷的作用原理,并分析了焊道微观组织。结果表明,搅拌工具转速、焊接速度对焊接质量的影响较为显著,参数在转速1000 r/min,焊接速度300 mm/min时取得较好的焊接效果,与此值偏差越大焊接质量越差。下压量对焊接质量的影响较小。在转速1000r/min、焊接速度300 mm/min、下压量0.2 mm下进行重复搅拌,可实现无缺陷焊接;搅拌后核心区和轴肩影响区组织平均晶粒尺寸远小于母材组织。     

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.     

搅拌摩擦焊工艺参数对2519厚板焊接性能的影响

采用搅拌摩擦焊方法对10mm厚的2519高强铝厚板进行了焊接，研究了该铝合金厚板的搅拌摩擦焊工艺参数对其焊接性能的影响。结果表明：在一定范围内，随着转速或焊速的增加，焊缝强度都呈现出先增加后减小的特征，在转速为2000r／min、焊速为150mm／min时，可获得较好的焊接接头，其抗拉强度达到最大值298MPa。焊逢的薄弱环节出现在热影响区与热机影响区的过渡区。