搅拌摩擦焊的研究现状及应用

搅拌摩擦焊是一种新兴的固相连接技术,是利用搅拌头和工件之间的相对运动、相互摩擦所产生的热量,塑化材料而完成连接的方法.该技术适用范围广、环保、无污染,成本低、效率高,焊缝的力学性能好,但其对装夹要求高,参数也不易确定.在国内外,对铝合金、铜合金等材料的搅拌摩擦焊机理、力学性能的研究已取得很大的成绩.与此同时,许多单位已被授权制造专门的设备.基于其自身的众多优点和技术水平的不断提高,搅拌摩擦焊已成功应用于运载火箭燃料贮箱、发动机承力框架、飞机起落架仓盖、船体外壳、列车车体框架和底盘的制造等领域.     

搅拌摩擦焊接技术的研究进展和应用

搅拌摩擦焊是一种新型固相塑化焊接方法,可以有效地避免氧化和蒸发,焊后冷却过程中不出现热裂纹,焊缝区晶粒得到细化,优化了接头各项性能,同时焊接过程不需要填充金属,不产生火花、飞溅、烟雾、弧光等,是一种高效、节能、优质、简单、无污染的焊接工艺.介绍了搅拌摩擦焊的原理、焊接工艺特点、搅拌摩擦焊的最新发展情况及其应用.     

2024铝合金搅拌摩擦连接作用力幅值及周期性

利用八角环测力仪和高速摄像对2024铝合金搅拌摩擦连接过程作用力和搅拌头轴肩径向跳动量进行测量研究.结果表明,作用力具有周期振动的特性,通过试验证明了周期大小只与旋转速度有关,且为旋转速度的倒数.分析了作用力周期性振动的主要原因是连接过程中主轴的径向跳动和金属材料的流动,通过研究作用力幅值和搅拌头径向跳动量的关系,表明作用力幅值随搅拌头径向跳动量线性增加,搅拌头径向跳动是作用力产生周期振动的主因,同时,在搅拌头径向跳动量及其它工艺相同的情况下,作用力振幅会随着连接速度的增大而增大.     

搅拌头--搅拌摩擦焊的心脏

搅拌头是搅拌摩擦焊技术的关键，它的好坏决定了搅拌摩擦焊能否扩大待焊材料的种类，能否提高待焊材料的板厚范围。现在有很多科研机构和企业正在研究更加高效的搅拌头，在此主要介绍搅拌头最近的发展情况。     

搅拌摩擦焊过程中搅拌头温度场分布特征

试验测定了搅拌头温度分布曲线,分析了搅拌头温度场的分布特征,对比研究了不同材质搅拌头温度分布的特点.结果表明,摩擦焊初始阶段,搅拌区域金属的软化致使摩擦针与试板之间的摩擦产热量降低,在搅拌头轴肩与试板接触之前,搅拌头温度出现滞涨,并出现一定程度的回落;稳定焊接阶段,摩擦热传递至搅拌头的热量与通过其散失的热量处于动平衡状态,其温度波动较小;高速旋转搅拌头的表面与周围空气进行强烈的热交换,搅拌头轴线上的温度高于外缘的温度;采用比热容小、热导率高材质制作的搅拌头,焊接过程中其温度变化快,整体温度高.     

电磁搅拌对ZA-27合金凝固组织的影响

研究了保温电磁搅拌和间断性电磁搅拌对ZA27合金组织的影响，在保温凝固过程中进行电磁搅拌时，晶粒细化效果更明显。保湿搅拌温度存在搅拌效果最理想的临界值Tc。间断性电磁搅拌使得枝晶显著粒化，晶粒分布更加均匀。     

搅拌头受力模型及应用

针对搅拌摩擦焊实际过程,建立了搅拌针扎入阶段和稳定焊接阶段搅拌头的受力模型,通过与实测数据对比分析对模型进行了验证.由受力模型可知无论扎入阶段或稳定焊接阶段搅拌头的薄弱部位均为搅拌针根部,若设计不当易从搅拌针根部破坏.在此基础上,针对Ti-6Al-4V的搅拌摩擦焊,将模型用于指导搅拌头设计.结果表明,合理的搅拌头设计是实现钛合金搅拌摩擦焊的关键,在合适的焊接工艺参数下可以获得成形良好的焊缝.     

附加外力作用下的合金定向凝固研究进展

在定向凝固条件下,通过施加电磁搅拌、机械旋转搅拌以及匀速旋转坩埚等外力作用,可以改变金属的凝固行为,结果表现为生成不同的分层组织,而且对组织的细化程度、层片间距也产生不同的影响。     

大型机械搅拌分解槽运行效果评价

对我国氧化铝厂使用法国Robin公司、德国Ekato公司的大型机械搅拌分解槽的搅拌均匀度、槽内结疤等技术性能进行了评价,对影响分解槽安全稳定运行主要因素进行了分析,提出了机械搅拌应注意的问题.     

Elimination of Quench Cracking by Controlling Agitation Uniformity

Uniform agitation of the quenchant is a critically important control parameter in optimizing distortion control and reducing steel cracking. Quenching with ultrasonic agitation or in the presence of electrical and magnetic fields provide uniform agitation leading to improved uniformity of the stress fields within the metal not readily achievable with more traditional agitation methods such as propeller pumps and sprays. These methods provide the additional potential advantage of varying agitation throughout the cooling cycle to achieve a wide range of cooling profiles not readily achievable with quenchants and more traditional agitation systems currently in use.     

结晶器用新型双线圈电磁搅拌系统

本文介绍了加拿大ＪＭＥ公司研制的一种新型结晶器搅拌系统。此系统由两套感应线圈组成,一套布置在弯月面区域,另一套布置在结晶器下部,因此称为双线圈结晶器电磁搅拌系统。在敞开浇铸时,用此搅中提高弯月面的搅拌强度,当用浸入式水口进行保护浇铸时,可用上部感应线圈的制动作来抑制弯月面区域的搅拌。结果对高碳钢和合金钢小坯可很好地改善凝固结构和中心碳偏析。     

搅拌摩擦在超塑性材料焊接及成形方面的应用

大量的研究结果表明搅拌摩擦焊接是保证超塑性材料焊接后仍能保持高强度和高塑性的有效焊接方法。尤其是在高应变速度、低温和较低流动应力情况，采用搅拌摩擦成形（Friction Stir Process:FSP）技术来生产超塑性材料是相对简单且有效的方法。对搅拌摩擦在超塑性材料焊接和成形方面的进展做了简要的总结，包括材料、工艺参数及其影响因素等方面。     

电磁搅拌制备铝合金半固态浆料的实验研究

采用不同的搅拌功率对铝合金熔体进行电磁搅拌，观察与分析几种搅拌工艺下得到的材料显微组织。结果表明：在电磁力的作用下，熔体内部产生强烈的对流运动，晶粒间不断发生碰撞和摩擦，枝晶被打断。使晶粒变得圆整。在一定范围内，随着单位搅拌功率的升高，搅拌电磁力增大，所得组织更加细密，颗粒更加圆整，满足了半固态浆料的制备要求。     

搅拌摩擦焊焊接铜合金时在下压阶段搅拌头的失效行为研究

使用正交试验方法对T10,4Cr15MoSiV,9CrWMn,GH4169 4种材料搅拌头在5mm厚H62铜合金搅拌摩擦焊下压阶段的失效行为进行研究,结果表明,下压阶段中搅拌头质量变化细微,不同材料搅拌头焊后在搅拌针长度方向上发生了不同程度的"镦粗"变形,继而产生应力集中,直到碎断.由T10制作的搅拌头在经过两次下压试验即发生断裂,9CrWMn制作的搅拌头每次下压后都出现明显变形,都不适合作铜合金FSW搅拌头材料.4Cr5MoSiV、GH4169基本可以满足焊接要求.搅拌头受力分析说明,工艺参数对搅拌头失效影响很大,当旋转速度越大,下压速度越小,即搅拌头受下压力越小时,搅拌针"镦粗"现象越不明显.     

聚丙烯板材搅拌摩擦焊工艺

为了获得更好的连接效果,采用先进的搅拌摩擦焊方法,对10 mm厚的聚丙烯板材工艺焊接性进行了试验.采用头部直径D1=10 mm和轴肩直径D2 =30 mm的搅拌头,在旋转速度n=3 000 r/min,焊接进给速度v=25 mm/min时,焊缝成形效果最好.结果表明,对于一定厚度的聚丙烯板材,只要焊接参数选用恰当,采用搅拌摩擦焊就能形成良好的焊缝.     

基于网格重剖分的搅拌摩擦焊接数值模拟及搅拌头受力分析

采用自适应网格方法,建立搅拌摩擦焊接过程的完全热力耦合热刚粘塑性有限元模型,模拟搅拌摩擦焊接过程中工件的温度场、变形场和搅拌头的受力。计算结果表明,温度场关于搅拌头的分布为非对称,焊接在前行侧的有效应变高于其返回侧;沿焊缝区域的温度场、应变场分布是由工件的上表面至底面,呈自上而下的顺序递减。对搅拌头反力曲线的研究表明,在相同的转速下,焊接速度越快,其反力越大;在相同的焊接速度下,转速越大,其反力越小;搅拌头的受力峰值产生在预热阶段结束和搅拌头开始移动的时刻,在给定搅拌头倾角的情况下,搅拌头的最高温度产生在搅拌头的后侧。     

铝/钢搅拌摩擦点钎焊工艺优化及性能分析

采用大直径无针搅拌摩擦点焊方法对DP590钢和6061铝合金进行点焊(钢上铝下),利用剪切试验、扫描电镜及能谱仪对接头的断口形貌和力学性能进行研究。结果表明,搅拌头旋转速度为1 000 r/min,搅拌头压入深度为0.2 mm,停留时间为90 s时,接头的抗剪载荷可达到13.24 kN。在合适的工艺参数下,铝锌钎料的添加可对铝钢焊接界面起到良好的润湿作用,可促进铝和钢之间的冶金结合,从而提高了接头的抗剪载荷。     

钛和钢等高强度合金搅拌摩擦焊搅拌头用材的研究进展

搅拌摩擦焊技术克服了传统焊接技术的弱点,在铝镁等软质材料的焊接上应用十分广泛。但是受到搅拌头用材的制约,搅拌摩擦焊在钛、钢等焊接难度较大的高强度合金上的应用仍很局限。因此选择一种合适的材料,开发既廉价又安全可靠的搅拌头成为各国研究者研究的重点。文中将对国内外不同工况下高强度合金搅拌摩擦焊时搅拌头用材进行阐述,说明了不同材质的搅拌头焊接钛、钢的焊接效果、搅拌头焊接时的磨损和失效情况,并对比分析了各搅拌头材料的性能及优缺点,同时对高强度合金搅拌摩擦用材的发展做出了展望。     

大型机械搅拌槽供用电系统的分析与改进措施

山西铝厂氧化铝拜耳法生产系统引进的大型机械搅抖槽结构简单、容积大、消耗低、撑拌均匀且搅抖物料固含高，提高氧化铝产是、和增加经济仍重要作用的新型工艺设备，应配备稳定性，可靠性和连续性较强的供用电系统，以防止曾经出现过的断电、停机、沉槽、停产事故。分析二期建设中一、二步３２台大型机械搅拌槽国内配套的供用电系统在可靠性、连续性方面的不足以及给存在问题，分别提出了相应的改进措施。     

2A12铝合金搅拌摩擦焊接过程中接头组织与焊接工艺的关系

利用搅拌摩擦焊接方法对2A12铝合金板材进行了焊接试验，探讨了搅拌头的设计参数、焊接过程的工艺参数等对2A12铝合金板材焊接接头组织的影响。经过试验得知，在焊接时，搅拌头转速可为750r／min～1180r／min，走动速度为23．5mm／min～30mm／min，皆可获得接头性能尚可的焊接接头。同时发现焊接区的硬度约为母材硬度的70％。搅拌头长度略小于焊接板材厚度时仍可能使板材焊透。采用带有螺纹的搅拌头进行焊接对焊缝孔洞的形成有一定影响。