6061铝合金无倾角搅拌摩擦焊工艺及性能

目的 为了适应空间曲面构件的搅拌摩擦焊,开展6061铝合金无倾角搅拌摩擦焊工艺及性能的研究。方法 采用无倾角搅拌摩擦焊用的搅拌头,对5 mm厚6061-T6铝合金板材进行试验,研究焊缝成形及接头力学性能,并分析接头组织特征。结果 零倾角搅拌摩擦焊接头从组织上可区分为5个不同区域：焊核区(WNZ)、热力影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)、轴肩影响区(SAZ)和母材(BM);随着搅拌头转速增加,焊缝宽度和焊核尺寸均先变大后变小;随焊接速度增加,焊缝宽度和焊核尺寸均逐渐变小;当焊接速度固定时,随搅拌头转速增加,接头拉伸强度先增加后减小;当搅拌头转速固定时,随焊接速度增加,接头拉伸强度逐渐增大。结论 采用无倾角搅拌摩擦焊接方法,能够实现对5 mm厚6061-T6铝合金板材的有效焊接。     

铝/钢搅拌摩擦焊对接焊缝组织及机理研究

为了提高Q235钢板和6082-T6铝合金对接的连接强度,采用搅拌摩擦焊进行对接焊接.研究了不同尺寸和形状的搅拌头、转速、焊接速度和偏移量等对铝钢对接焊缝组织的影响,进而优化了搅拌摩擦焊工艺.实验结果表明:不同形状的搅拌头影响接头"钉子"形状,接头的不同位置处由于受到不同热循环和搅拌导致晶粒尺寸不同,从而影响接头的力学性能.当搅拌针旋转速度260 r/min,焊接速度16 mm/min,针头偏向铝侧0.2 mm时,所得焊缝的拉伸强度为141.204 MPa,为最佳工艺参数.在此最优参数下获得过渡层的厚度约为8μm,界面的主要成分是Fe Al3.     

铝锂合金搅拌摩擦焊研究

采用柱形带螺纹搅拌针搅拌摩擦焊接5 mm厚铝锂合金轧制板材,并对接头组织、力学性能及断裂特性进行了研究.接头形成差别明显的三个区域:焊核区、热机影响区和热影响区.拉伸实验表明,接头强度随着焊接速度的提高先增加,并于v=60mm/min处达到最大值340MPa;当v＞60mm/min时,接头强度迅速下降.铝锂合金搅拌摩擦接头断裂模式为韧脆混合型断裂,并以脆性断裂为主.     

铝合金搅拌摩擦焊焊缝形成的物理机制

研究了一种铝合金焊缝成形的物理机制及焊接工艺参数对焊核尺寸的影响.结果表明:搅拌摩擦焊焊缝是由焊核、在前进边后方沿板材厚度方向流动的金属、由搅拌针两侧向其后方流动的金属组成,四个方向的金属流会在焊缝横截面上出现一交汇区,若金属流动不足,易在此区出现焊接缺陷.焊核的形成及其大小取决于搅拌针表面的螺纹和焊接工艺参数,若单位长度焊缝中有较多的金属在螺纹的驱动下向下流动,则会在焊缝下部出现较大的焊核.过高的搅拌头旋转速度或过低的焊接速度,使搅拌针周围金属易于朝焊缝上部流动,焊核尺寸减小.     

5083铝合金搅拌摩擦焊接头的显微组织与力学性能

对8 mm厚5083-H321铝合金板进行了搅拌摩擦焊接试验,研究了焊接工艺参数对搅拌摩擦焊接头显微组织和力学性能的影响。结果表明:该搅拌摩擦焊接头焊核区显微组织为细小的等轴晶组织,热机影响区为拉伸弯曲变形组织,热影响区非常窄,其晶粒尺寸与母材相当;综合接头表面形貌和拉伸性能得到较佳的搅拌摩擦焊接工艺参数为使用搅拌针为三棱形带螺纹、轴肩为内扣型的搅拌头,主轴转速为300 r·min^-1,焊接速率为120 mm·min^-1;在该工艺条件下接头表面成形良好,抗拉强度可达到母材的94.5%。     

包铝层对搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

为提高2024航空铝合金材料的抗腐蚀性能,在其表面通常包有一层高纯铝或含Zn 1%(质量分数)的锌铝合金,包铝层在搅拌摩擦焊时会对接头的性能产生较大的影响.本研究采用搅拌摩擦焊技术对不同表面带有包铝层的2024-T3铝合金薄板进行了焊接,测试了其力学性能,并进行了金相组织观察.研究结果表明,包铝层的存在明显降低了2024-T3铝合金搅拌摩擦焊接头的力学性能;去掉包铝层后接头的性能显著提高;下表面包铝层对接头性能的影响大于上表面包铝层;当2024-T3铝合金表面带有包铝层进行搅拌摩擦焊接时,在搅拌头的旋转和搅拌作用下,包铝层被卷入焊缝中,形成类似于熔焊的"夹杂",从而使得接头的力学性能下降.     

6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接接头的微区腐蚀行为

国内外有关铝合金的搅拌摩擦焊接(FSW)接头腐蚀性能的研究主要涉及接头的宏观腐蚀行为,对焊缝微区腐蚀行为的报道很少。通过电化学测试、静态失重试验、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等试验手段研究6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头不同区域的耐腐蚀性能,发现搅拌摩擦焊接试样在焊缝中间区域的耐腐蚀性能最好,其次依次是搅拌针后方和搅拌针前方,母材的耐腐蚀性能最差。6082-T6铝合金母材、搅拌针前方和搅拌针后方发生腐蚀的类型主要为晶间腐蚀和剥落腐蚀,随着时间增加,晶间腐蚀和剥落腐蚀程度加剧,焊缝中间区域基本不发生腐蚀。母材和搅拌针前方晶内沉淀相为针状沉淀相,在晶界附近存在沉淀无析出相;晶界析出相富含Mg和Si元素,晶界析出相和沉淀无析出带之间以及晶内基体与沉淀无析出带之间存在腐蚀原电池,导致腐蚀较严重;搅拌针后方和焊核区由于受到轴肩和搅拌针作用,焊后位错减少,组织细化,降低形成局部腐蚀原电池倾向,导致耐腐蚀性能较好。通过对腐蚀后FSW接头铝合金的微观组织形貌观察,结合试验所得到的微观组织,确定了影响接头腐蚀行为的原因和相应的腐蚀机理,为拓展6082-T6铝合金的运用范围提供理论依据。     

7050高强铝合金搅拌摩擦焊典型宏观缺陷试验研究

目的 研究7050铝合金搅拌摩擦焊接头中隧道缺陷及未焊透缺陷的行程规律及其对接头性能的影响。方法 采用预制间隙、改变搅拌针长度等方法获得了搅拌摩擦焊隧道缺陷及未焊透缺陷,通过金相分析、力学性能测试对缺陷及接头性能进行了分析。结果 相比隧道缺陷,根部未焊透缺陷对接头性能的影响更大,压入量对隧道、未焊透缺陷有重要影响,板厚5 mm,搅拌针长度小于4.8 mm时,未焊透缺陷对接头性能将产生显著影响。结论 应严格控制搅拌针长度及压入量,避免根部未焊透缺陷对接头性能的影响。     

铝基复合材料搅拌摩擦焊搅拌头设计

文中介绍了铝基复合材料搅拌摩擦焊搅拌头材料选择和结构设计方案。根据铝基复合材料复杂的微观和宏观结构,选定钢结硬质合金GT35制造搅拌头,并与选用工具钢制作的普通搅拌头进行对比。对比结果表明,普通搅拌头焊后磨损严重,焊缝质量较差。对搅拌头形状和尺寸进行了设计：最初的“一字凹凸槽”设计存在不同心德患,给加工制造造成困难;后改为分体式搅拌头,采用螺纹连接。采用这种搅拌头能得到表面光滑,宏观形貌良好的接头。     

6061铝合金搅拌摩擦焊工艺窗口的研究

目的提高6061铝合金搅拌摩擦焊接头的质量,确定合适的工艺参数范围。方法设计3种不同的搅拌头进行焊接,分析接头拉伸强度与组织性能,并根据试验结果建立工艺窗口,选择合适的轴肩尺寸及工艺参数范围。结果随着轴肩尺寸减小,焊缝宽度、金属流动性、热力影响区面积均减小,在较大的焊接速度及较小的搅拌头转速下,焊缝底部出现缺陷;采用轴肩直径小的搅拌头进行焊接,在一定焊接参数范围内,焊接接头的拉伸强度得到提高;随着轴肩直径减小,焊核区晶粒组织细化,材料变形程度减小;由建立的工艺窗口可知,当轴肩尺为9 mm时,可选择的参数范围最大。结论焊接时采用小尺寸轴肩,可以在搅拌头行走速度更低、转速更大的情况下,仍然可以保持合理产热量,使接头性能得到提高。     

Microstructures and mechanical properties of magnesium alloy and stainless steel weld-joint made by friction stir lap welding

Friction stir lap welding was conducted on soft/hard metals. A welding tool was designed with a cutting pin of rotary burr made of tungsten carbide, which makes the stirring pin possible to penetrate and cut the surface layer of the hard metal. Magnesium alloy AZ31 and stainless steel SUS302 were chosen as soft/hard base metals. The structures of the joining interface were analyzed by scanning electron microscopy (SEM). The joining strength was evaluated by tensile shear test. The results showed that flower-like interfacial morphologies were presented with steel flashes and scraps, which formed bonding mechanisms of nail effect by long steel flashes, zipper effect by saw-tooth structure and metallurgical bonding. The shear strength of the lap joint falls around the shear strength of butt joint of friction stir welded magnesium alloy.     

铝合金薄板搭接高速 FSW 缺陷及断裂行为

目的 为了拓展搅拌摩擦焊技术应用,对薄板搭接结构高速搅拌摩擦焊工艺优化与工程应用提供 借鉴与指导。方法 采用圆锥无螺纹搅拌针,进行了 6061 铝合金薄板搭接高速搅拌摩擦焊接,对接头界 面缺陷及其断裂模式进行分析,探讨了转速对 6061 铝合金薄板搭接接头成形及性能的影响规律。结果 发现在无螺纹圆锥搅拌针、高转速（6000~9000 r/min）条件下,接头塑性金属在后退侧易形成飞边流出, 导致下板前进侧出现孔洞缺陷,且随转速增大,界面缺陷尺寸逐渐增大,当转速达到 10 000 r/min 时, 孔洞尺寸有所减小,此时接头拉剪强度最高,为 123 MPa。对试样拉剪断裂位置分析发现,高速搭接接 头断裂位置主要有两种,分别断裂在结合界面处或在前进侧下板,且转速在 9000 r/min 以上越趋向于在 结合界面断裂。结论 高转速搭接焊接必须协调轴肩相貌、焊接工装约束等条件,保证接头塑性金属充 分流动而不流失,才能获得成形良好无缺陷的接头。     

Investigations on the effects of friction stir welding parameters on intermetallic and defect formation in joining aluminum alloy to mild steel

Joints of Al 5186 to mild steel were performed by using friction stir welding (FSW) technique. The effects of various FSW parameters such as tool traverse speed, plunge depth, tilt angle and tool pin geometry on the formation of intermetallic compounds (IMCs), tunnel formation and tensile strength of joints were investigated. At low welding speeds due to the formation of thick IMCs (which was characterized as Al₆Fe and Al₅Fe₂) in the weld zone the tensile strength of joints was very poor. Even at low welding speeds the tunnel defect was formed. As the welding speed increased, the IMCs decreased and the joint exhibited higher tensile strength. The tunnel defect could not be avoided by using cylindrical 4 mm and 3 mm pin diameter. By using a standard threaded M3 tool pin the tunnel was avoided and a bell shape nugget formed. Therefore tensile strength of the joint increased to 90% of aluminum base alloy strength. At higher welding speed and lower tool plunge depth, the joint strength decreased due to lack of bonding between aluminum and steel. Based on the findings, a FSW window has been developed and presented.     

铝/钢异种材料搅拌摩擦焊研究进展

由于铝、钢的物理化学性质存在巨大差异,铝/钢的连接是焊接领域的难点问题。搅拌摩擦焊是低热输入的固态连接方法,能够有效控制铝/钢金属间化合物的生长,且搅拌针强烈的搅拌作用可增加铝/钢异种材料机械咬合程度,得到高质量的铝/钢焊接接头,铝/钢搅拌摩擦焊已经成为了焊接领域的热点问题。文中综述了铝/钢搅拌摩擦焊国内外研究现状,涉及到接头形式、焊缝成形、焊接工艺和力学性能,着重介绍了铝/钢搅拌摩擦焊接头的连接机制,并围绕铝/钢搅拌摩擦焊存在的两大问题,对铝/钢搅拌摩擦焊新技术进行总结,并进一步提出了铝/钢搅拌摩擦焊的基础研究方向。     

5052/6061异种铝合金薄板搅拌摩擦焊接工艺研究

目的 研究焊接速度、搅拌头旋转速度和下压量对异种铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能的影响,找出最佳工艺参数,从而进一步提高接头的力学性能。方法 采用正交实验法对1.5 mm厚5052/6061异种铝合金搅拌摩擦焊接进行实验设计,焊接完成后,观察焊缝宏观形貌,然后将试件制成标准拉伸试样进行拉伸实验,拉伸实验完成后用扫描电镜观察焊接接头的断口形貌,最后运用极差分析法和方差分析法分别对实验结果进行分析。结果 在选取的工艺参数范围内,搅拌头旋转速度影响最大,其次是焊接速度,下压量影响最小。当焊接速度为120 mm/min、转速为1400 r/min、下压量为1.5 mm时,接头抗拉强度达到了最大值194 MPa,伸长率也达到了最大值9.62%。结论 在一定工艺参数范围内,提高焊接速度或搅拌头的旋转速度能显著提高接头的力学性能,而下压量对接头力学性能影响不显著。     

铝/钢搅拌摩擦辅助铆接接头界面特性研究

目的探究搅拌摩擦辅助铆接铝/钢接头界面的结合特征,解决传统铆接力学性能较低的问题。方法采用搅拌摩擦焊技术实现了对3mm厚不锈钢板和4mm厚的铝合金板的搭接点焊,采用OM及SEM对铝/钢接头界面结合情况进行分析,并利用EDS对界面处元素分布进行分析。结果搅拌头转速1180 r/min、焊接时间120 s、下压量0.2 mm时,铝/钢接头界面结合较好,平均拉剪力达到6519 N,且在铝/钢界面处产生FeAl金属间化合物。受摩擦热作用的影响,位于下板的铝母材晶粒发生长大变粗,铝铆钉与铝板结合紧密,铝铆钉与铝板的结合情况受搅拌头压力的影响更为显著。结论搅拌摩擦辅助铆接铝/钢异种合金,实现了铆钉与铝板和钢板的有效冶金结合,在铝钢结合界面处存在原子的互扩散现象,且有相应的金属间化合物生成。     

Influence of Tool Geometry in Friction Stir Welding

In this article we highlight the results of a recent study undertaken to understand the influence of tool geometry on friction stir welding (FSW) of an aluminum alloy with specific reference to microstructural development, defect formation, and mechanical response. The welding trials were made on 4.4 mm thick sheets using tools made of die steel and having different diameters of the shoulder and the pin, and the profile of the pin. Throughout the welding operation, the rotational speed, traverse speed, and tool axial tilt were held constant at 1400 rpm, 80 mm/minute, and 0 degrees, respectively. For a shoulder diameter of 20 mm and a pin diameter of 6 mm, the severity of defects in the weld was found to be the least and the resultant tensile strength of the weld was high. For the welds that were made using a tool having a shoulder diameter of 10 mm and a pin diameter of 3 mm the tensile strength of the weld was the least since the degree of defects observed were higher.     

钛铝异质材料插销增强搅拌摩擦点焊接头组织与力学性能

目的开发一种无针搅拌头,以解决传统搅拌摩擦焊产生的匙孔和Hook缺陷问题。方法钛板预制通孔,铝板预制盲孔,插销置于孔中,进行搅拌摩擦点焊。采用无针搅拌头对厚度为2mm的TC1钛合金板和厚度为4 mm的2A12铝合金板(钛上铝下)进行了异种金属搭接搅拌摩擦点焊试验,试验采用旋转速度为950 r/min,焊接时间为100 s,下压量为0.2 mm的工艺参数,对焊接接头的抗拉剪力及接头组织进行评估。结果添加插销获得的焊接接头,钛、铝板与销之间实现固相连接,有效解决了有针搅拌摩擦焊产生的匙孔和Hook缺陷问题,且接头的抗拉剪力达到了6.42 kN。结论提出的插销增强搅拌摩擦点焊的新方法,采用的搅拌头具有较低的制造成本,工艺简单,提高了焊接效率,同时确保了焊接接头的质量。     

The effect of weld parameters on friction stir welding of brass plates

More successful results have been obtained in butt‐ and overlap‐joining of Al‐alloy plates by a recently developed solid state joining technique, namely friction stir welding (FSW), than in more conventional fusion welding processes. In this joining technique, no fusion takes place in the joint area of the plates welded. This novel joining method also offers the potential to weld some other materials rather than Al‐alloys, such as Mg‐alloys, brasses and low strength steels. In this study, the applicability of friction stir welding to brasses, namely 90 %Cu‐10 %Zn and 70 %Cu‐30 %Zn alloys, has been investigated. The joint performance was determined by conducting optical microscopy, microhardness mesurements and mechanical testing (e.g. tensile and bend tests). The effect of welding speed on the joint quality at a given rotational speed of the stirring pin (i.e. 1600 rpm) was also determined for both alloys. The highest joint performances were obtained at a welding speed of 210 mm/min for both alloys.