铝 / 钢异种金属搅拌摩擦焊及其研究进展

铝/钢异种金属连接结构在国防领域和国民生产、生活中更加广泛应用的前提,是获得良好的接头综合性能,但铝/钢焊接时易出现裂纹、金属间化合物等,严重影响了焊接接头质量。摩擦焊作为一种低温高效的固相连接方法,在新材料连接、高性能装备制造等领域受到了高度重视。其中,搅拌摩擦焊由于其可焊接头形式丰富而被重点关注。从搅拌摩擦焊的接头形式、工艺参数、力学性能及界面组织4个方面,分别介绍了铝/钢搅拌摩擦焊的研究进展,为其深入研究提供依据。     

工艺参数对Al-Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接接头力学性能的影响

目的研究工艺参数对Al-Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接接头力学性能的影响。方法采用搅拌摩擦焊-钎焊方法,在不同焊接工艺参数下焊接2A12-T4铝合金和AZ31镁合金。结果当焊接速度为23.5mm/min、旋转速度为375 r/min时,焊接接头的抗拉剪力达到最大,为5.5 kN,比搅拌摩擦焊接头的最大抗拉剪力的5.0 kN提高了10%。结论搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接的工艺参数会显著影响铝/镁异种金属接头力学性能,通过优化工艺参数能够获得力学性能优异的铝/镁异种金属焊接接头。复合焊接接头的抗拉剪力随着焊接速度的增大呈现先增大后减小的趋势。     

镀锌钢板与6061铝合金搭接搅拌摩擦钎焊

目的 分析Q235镀锌钢与6061铝合金搅拌摩擦钎焊接头在不同旋转速度下的组织性能。方法 使用0.3 mm的Zn作为中间层,通过搅拌摩擦钎焊,焊接6061铝合金与Q235镀锌钢,观察测试其接头组织和力学性能。结果 转速从660 r/min增加到1750 r/min时,随着进入到6061铝合金近缝区Zn元素的增加,铝合金搅拌区孔洞变小。界面Zn过渡层变薄。在适中的转速下,界面结合良好。接头最大平均拉剪力先增加后降低,界面显微硬度升高,硬度梯度增加。结论 搅拌头在1320 r/min转速下,测得搅拌摩擦钎焊接头平均拉剪力为2.33 kN。     

金属与复合材料搅拌摩擦搭接焊的研究现状

金属与复合材料连接研究目前处于初级阶段。在焊接方面,搅拌摩擦焊作为一种固相连接技术,可以在较低温度下实现物理化学性能差异较大的金属与复合材料的连接。综述了国内外金属与复合材料搅拌摩擦搭接焊的研究现状,在接头形式、焊具设计、焊接参数优化以及连接机制等方面做了详细介绍。结果表明,静止轴肩可有效提高接头表面成形质量及抗拉强度;接头内的锚结构能够有效增加接头的机械互锁能力;通过优化焊具形貌及工艺参数可以增加锚结构尺寸。金属与复合材料的连接机制主要为机械互锁、化学键合以及较弱的范德华力。此外,对金属与复合材料搅拌摩擦焊的发展提出了相关建议。     

5083铝合金搅拌摩擦焊搭接接头研究

采用搅拌摩擦焊方法对5083铝合金进行搭接实验。用万能试验机对接头进行拉剪试验,对其断口利用SEM电镜进行观察和分析,并使用光学显微镜对其接头横截面进行组织观察。结果表明:即使搅拌针长度短于上层铝板的厚度,上、下层铝板在搅拌针作用的区域,晶粒都发生了一定细化,其尺寸都小于母材。而且焊缝横截面的显微硬度分布也显示出两板在搅拌针作用区域的硬度均与母材相当。在拉剪试验时,界面结合处没有出现断裂现象,断裂位置均在上层铝板前进侧的热影响区。接头强度系数最高可达80%,接头的断裂形式为韧性断裂。     

异种铝合金搅拌摩擦焊材料流动行为研究

采用异种铝合金交替排列的方法,研究了搅拌摩擦焊接过程中材料的变形和流动行为。结果表明:采用垂直焊缝交替排列的焊缝表面形成了两套弧纹,其中粗大弧纹是由于在焊接方向上两种铝合金交替排列而产生的周期性变化所致;受焊速和转速的影响,材料在前进侧流动剧烈且混合均匀,而后退侧因材料流动较弱仍与母材保持连续分布状态;由于材料塑性变形程度的差异,在轴肩影响区、搅拌针影响区和母材之间形成了明显的分界面。     

搅拌摩擦焊焊缝腐蚀研究进展

搅拌摩擦焊是一项新型固态连接技术，近年来在航空航天、汽车工业等领域得到了广泛应用。其工艺特性导致各焊缝微区组织和应力状况不同，从而展现出不同的腐蚀行为。综述了近年来国内外搅拌摩擦焊焊缝腐蚀行为的研究进展，分析了影响焊缝腐蚀的因素，展望了发展趋势。     

铝 / 镁异种金属搅拌摩擦焊研究现状及发展趋势

为进一步优化焊接工艺,提高铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接头的性能,促进铝/镁异种金属结构在航空航天、轨道交通、汽车工业等领域的广泛应用,综述了近5年来国内外铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接的最新研究成果,对焊接工艺参数、接头的力学性能、微观组织以及异种金属搅拌摩擦焊的新工艺进行了总结和分析。国内外大量研究结果表明,通过选择合适的工艺参数、改变搅拌针的偏移,可以获得抗拉强度较高、焊缝成形良好的铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接头,焊缝中存在的金属间化合物是导致焊接接头性能不能满足工程应用的主要因素,但目前对于搅拌摩擦焊接过程中金属间化合物的产生、分布规律缺乏深入研究。     

搅拌摩擦焊温度场研究进展

自1991年英国焊接研究所(TWI)发明了搅拌摩擦焊(FSW)以来,许多学者对搅拌摩擦焊接过程中的温度场分布进行了大量的研究。随着人们对搅拌摩擦焊接物理机制的深入了解,描述其温度场分布的模型也越来越精确,由最初仅考虑摩擦产热,发展到综合考虑摩擦产热和材料塑性变形产热,近年来一些研究者更是尝试建立热力耦合的模型来描述其温度场分布。简要叙述了关于搅拌摩擦焊温度场研究的发展历程及研究现状。     

钛合金搅拌摩擦焊搅拌头研究现状

搅拌摩擦焊在焊接钛合金这类高熔点金属方面具有很大优势,但是搅拌头的磨损一直是其一大难点。对钛合金搅拌摩擦焊中的搅拌头结构、材料选择进行了讨论,认为圆锥形搅拌针综合性能较好,而在材料选择方面,认为目前应用前景较好的是钨铼合金,但不同材料的组合可能更符合未来发展的方向。为了研究搅拌头的磨损机理及如何减小磨损,列举了几种辅助焊接工艺及目前应用较广的模拟仿真,指出辅助焊接工艺可减小搅拌头磨损,但目前工艺不完善等问题依然存在,需要进一步优化,包括模拟仿真在内,对于钛合金搅拌摩擦焊搅拌头结构、材料优化、磨损机理、辅助焊接工艺等研究均较少,限制了其研究进展及应用。     

搅拌摩擦焊接及其加工研究现状与展望

搅拌摩擦焊是一种新型的固相焊接工艺,在近些年取得了巨大的研究进展.从搅拌摩擦焊的工作原理和特点出发,对搅拌摩擦焊工艺参数、焊缝组织及性能进行了评述;最后简要介绍了搅拌摩擦加工的最新发展及在各工业领域中的应用概况.     

薄板铝铜搭接搅拌摩擦焊工艺

目的研究铝铜异种材料的搅拌摩擦焊搭接工艺,揭示搭接接头界面行为演变的基本规律。方法对1mm的6061铝合金与1 mm的紫铜薄板进行搅拌摩擦焊搭接焊接,测试焊缝的力学性能,对焊缝组织进行分析。结果焊缝表面成形良好,焊缝内部无缺陷。接头的最高拉伸强度达到1447 N,观察拉伸接头断口形貌,发现断裂均发生在上层铝合金的热影响区。结论接头连接界面区域生成钩状"自锁紧"结构,这种钩状"自锁紧"结构增加了铝铜之间的有效接触面积,有利于提高焊缝连接强度。     

两种铝/钢组合（1060/Q235和1060/SUS304）的搅拌摩擦钎焊组织与性能对比研究

目的研究搅拌摩擦钎焊对强度高、去膜难的不锈钢基板的机械去膜能力以及添加钎料的必要性。方法对1060/Q235和1060/SUS304两种组合,采用大直径(40 mm)的无针搅拌头,对比有无钎料情况下的接头组织与性能,研究搅拌摩擦钎焊的去膜机制以及钎料对界面组织与性能的影响。结果搅拌摩擦钎焊后的1060/Q235和1060/SUS304两种组合,分别形成13μm与5μm厚的IMC层;Al/Q235组合仅在中心区域未出现裂纹,但在边缘的前进侧与后退侧分别出现了长达12mm与9mm的平行于界面的裂纹;虽然Al/SUS304组合界面IMC厚度薄,但出现平行于界面裂纹(整个宽度范围内)和垂直于界面的裂纹。结论搅拌摩擦钎焊借助大轴肩对两种组合都具有优良的机械去膜能力;Zn钎料的添加可进一步加速IMC的生长,Al/SUS304组合对热应力更敏感,应采用低拘束与低热输入方案。     

异种铝合金回填式搅拌摩擦点焊工艺的研究

目的 研究搅拌头转速和轴套下压量对异质铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头的组织及力学性能的影响。方法 采用回填式搅拌摩擦点焊技术对7050铝合金和2524铝合金进行搭接焊试验,焊接完成后利用光镜、体式显微镜、扫描电镜对组织进行观察,另外,测试拉伸剪切载荷和显微硬度分布,最后对断裂行为进行了研究。结果 接头区域可以分为焊核区、热力影响区、热影响区、母材4个区域,焊核区晶粒呈细小等轴状,热力影响区晶粒呈粗大长条状。随搅拌头转速的增大,拉剪载荷降低,当转速为1500 r/min时拉剪载荷值最高,其值为7.499 44 kN。热影响区的显微硬度比母材低,最小值为HV106。接头的断裂方式可以分为剪切型断裂、塞型断裂、剪切-半环型断裂。结论 在一定工艺参数范围内,通过适当降低搅拌头转速能显著提高接头的拉剪载荷,轴套下压量对接头的断裂方式影响显著。     

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。     

A356Al/TiB2颗粒增强铝基复合材料的搅拌摩擦焊

采用纯机械化的固相连接技术--搅拌摩擦焊成功地焊接了应用原位反应合成法制造的铸态A356Al/6.5%TiB2(体积分数)颗粒增强铝基复合材料,与铝合金相比,铝基复合材料搅拌摩擦焊的焊缝质量对焊接参数更为敏感.该连接方法在较低温度下实现铝基复合材料的焊接,避免了基体铝合金与增强相之间的化学反应,同时在搅拌头机械搅拌、挤压和摩擦热的共同作用下,焊缝区基体材料的晶粒和增强相被破碎并形成再结晶晶核,细化了组织结构,增强相分布也更加弥散.焊缝区的硬度值波动范围很小,抗拉强度比母材增加约20%.研究表明,搅拌摩擦焊用于连接颗粒增强铝基复合材料具有明显的优势.     

搅拌摩擦焊接技术的研究现状及其展望

搅拌摩擦焊是针对焊接性差的铝、铗合金而开发出的一种新型固相焊接工艺,由英国焊接研究所于1991年开发的专利技术.简要介绍了搅拌摩擦焊的应用现状,综述了近10年来国内外搅拌摩擦焊技术的发展概况和最新进展,比较详尽地总结了焊接接头形成机理、适用母材、接头微观组织、力学性能、焊接设备、焊接工艺及搅拌摩擦焊应用领域.