热源同轴辅助搅拌摩擦焊工艺特性分析

研究了激光同轴辅助搅拌摩擦焊中激光/搅拌摩擦焊的热量分配对不同系列铝合金焊缝成形、接头力学性能及显微组织的影响,并得到了相应的优化能量分配条件.结果表明,加入激光辅助热源可有效扩大工艺参数窗口,特别是流动性差的5A06和2219铝合金,焊接速度可提升30%以上.激光辅助热源对6061及5A06铝合金焊接接头性能影响较小,对2219铝合金搅拌摩擦焊接头的性能影响明显,焊接热输入增大后,接头性能下降,但总得来说,加入激光辅助热源能够在更小的焊接热输入下获得更高的接头性能.     

异种材料及复合热源搅拌摩擦焊

在对接和搭接方式中,异种材料搅拌摩擦焊相较于同种材料分别具有一些额外的焊接参数,并且对搅拌头材料也有更苛刻的使用要求。总结近年来异种材料搅拌摩擦焊的研究现状,介绍异种材料搅拌摩擦焊过程中脆性金属间化合物的生成及其对焊接接头的力学性能产生的影响。从金属流动机理和数值模拟方面,研究金属间化合物的生成和成长规律,给出针对金属间化合物可能的解决方法。针对高熔点焊材,介绍复合热源搅拌摩擦焊技术、常用的辅助热源以及复合热源搅拌摩擦焊在异种材料搅拌摩擦焊方面的优点和研究的不足之处。     

厚板AZ31镁合金搅拌摩擦焊焊接接头的组织与性能

对10mm厚板A231镁合金成功进行了搅拌摩擦焊接,获得成形良好、表面光滑、无裂纹、无气孔的焊接接头.研究该搅拌摩擦焊接头不同区域的显微组织特征,并通过拉伸、冲击和硬度试验分析了焊接接头的力学性能.结果表明,焊缝中心区是均匀细小的等轴晶粒,热力影响区晶粒大小不均匀,存在较明显的塑性流变带结构;焊接接头的抗拉强度达到母材的80%以上,焊接接头的冲击韧性比母材高,焊接接头的显微硬度比母材稍有降低,焊接接头具有较好的力学性能,说明搅拌摩擦焊是焊接厚板镁合金的一种有效方法.     

摩擦搅拌焊新工艺发展与应用

介绍了摩擦搅拌焊接工艺的现状，特点、优缺点，应用及发展前景。     

镁合金厚板载流搅拌摩擦焊接头的组织与力学性能

采用载流搅拌摩擦焊方法进行20 mm厚AZ31B镁合金厚板的单面单道次对接焊实验,并测试和分析接头内部缺陷、金相组织、物相组成和力学性能。结果表明:该方法可以使镁合金厚板获得较佳质量的焊接接头;接头焊核区由α-Mg相组成且晶粒显著细化;接头系数达94.5%,接头正弯强度、背弯强度和冲击吸收功分别达到母材的122.5%、103.8%、168%;接头硬度最低值位于前进侧热影响区。     

铝合金搅拌摩擦焊异种焊接头的显微组织和力学性能

对8mm厚6082/5083铝合金进行了搅拌摩擦焊焊接,焊后通过金相分析、拉伸试验和断口形貌观察等方法研究了搅拌摩擦焊异种焊接头的显微组织和力学性能.研究结果表明:在旋转速度800 r/min、焊接速度120 mm/min工艺条件下,接头表面成形良好,内部无明显缺陷.焊核区是由细小的等轴晶组织构成;前进边和回转边的界面形态差异较为明显,前进边的组织形貌呈花纹状,由两种铝合金组织交互融合而成,但回转边组织形貌则呈曲线状,明显将两种组织分开.断口形貌分析显示,接头断裂模式为脆性断裂.     

AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头力学性能

成功实现了2．5mn厚AZ31镁合金的搅拌摩擦焊接。焊接参数的选择决定接头的力学性能，通过拉伸和弯曲试验，分析了焊接参数的选择对接头性能的影响。试验结果表明，当焊接速度为75～150mm／min，旋转速度为900～l500r／min之间时，可以得到性能好的接头。为简化焊接参数的选择，同时考虑焊接速度和旋转速度的相互影响。提出一个新的评定参数R/ε，即单位长度上的旋转次数，并分析R/v与接头性能之间的关系。结果表明，iv R/r=8～15时，接头性能良好，可知，当焊接速度和旋转速度的选择在一个比较合理的范围时，R／v可以作为搅拌摩擦焊接参数选择的依据。     

外加热源对铝-铜搅拌摩擦焊对接的影响

为了改善铝-铜搅拌摩擦焊对接接头的焊缝接头性能,文中采用对焊缝铜一侧引入外加热源的方法,来增加焊接热输入,提高铜侧材料的软化程度.结果表明,外加热源能够有效提高焊缝部位铜一侧的焊接温度,从而增加焊接过程中铜一侧的塑化流动性,形成成形良好的焊接接头.通过焊缝的物相对比可知,外加热源引起的温度场的改变,有效地减少了焊缝中CuAl,CuAl₂等中间相的含量,增加了铜颗粒在焊缝中的含量.在力学性能上表现为有外加热源的焊缝拉伸强度较高,显微硬度分布均匀.     

6082-T6铝合金搅拌摩擦焊组织演变与力学性能

通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜、拉伸试验机和显微硬度计对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头焊缝区组织演变和力学性能进行分层研究. 结果表明,在焊核区上层,材料发生塑性变形,晶格畸变能增加,为降低能量,大量的位错集聚成亚结构边界发生动态回复. 同时在焊接热循环的作用下发生动态再结晶,导致焊缝区上层晶粒细小. 在焊核区下层,主要受到搅拌针搅拌作用,轴肩产热通过扩散过程传递到下层的热量减少,发生动态回复和动态再结晶程度低于焊缝上层,晶粒粗大. 前进侧和后退侧热影响区均出现棒状β′沉淀相. 对应焊缝上、下两层硬度都呈“W”形分布,焊缝上层硬度高于焊缝下层硬度,最小值出现在前进侧. 沿着焊缝长度方向上层和下层的抗拉强度分别为205,186 MPa,呈降低趋势,为韧性断裂.     

体育器材高强镁合金的搅拌摩擦焊工艺及组织性能

对5 mm厚的体育器材用高强镁合金Mg-8Zn-6Gd-1Mn-0.5Y板材进行搅拌摩擦焊对接焊试验,并进行了接头的宏观形貌、X光无损探伤、显微组织、硬度分布和力学性能的测试与分析。结果表明,接头成形好、无明显缺陷、力学性能较好,硬度分布呈现出类似"W"型,硬度最高值位于后退侧的焊核区,硬度最低值位于前进侧的热影响区;接头系数达到95.5%。     

纯铝纯铁搅拌摩擦焊接头的组织与力学性能

选用3 mm厚冷轧态高纯铝板和退火态高纯铁板作为焊接母材,使用300/400/500/600 r/min-100 mm/min和300 r/min-80/60 mm/min焊接参数进行铝/铁异种金属搅拌摩擦焊对接焊试验。对焊接接头进行显微硬度和拉伸性能测试,通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电子背散射衍射(EBSD)等对接头组织进行表征。焊缝宏观形貌观察发现,焊缝的正面和背面有孔洞,正面出现毛刺。随着转速焊速比增加,孔洞消失毛刺增加。拉伸试验结果显示,共出现3种失效模式,分别为在300 r/min-100 mm/min参数下孔洞缺陷处断裂,300 r/min-80/60 mm/min参数下Al/Fe界面断裂和400/500/600 r/min-100 mm/min处Al侧基体断裂,3种模式下的最大焊接效率分别为40.1%、41.0%和60.4%,其中Al侧基体断裂模式的焊接效率最高。出现在焊核区的孔洞降低了接头强度,导致了缺陷断裂;在300 r/min低转速下,界面未达到有效的冶金结合,界面强度低于Al基体强度,导致Al/Fe界面断裂。硬度试验结果显示,铝侧硬度呈现先下降后上升...     

6082-T6铝合金高焊接速度搅拌摩擦焊接头微观组织与力学性能

研究了高焊接速度2 000 mm/min下6 mm厚6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头的组织与力学性能。结果表明,在高焊接速度下,铝合金接头成形良好,焊核内部没有缺陷。焊核区“S”线呈现出不连续分布状态,焊核区晶粒尺寸细化至10μm,热影响区的沉淀相粗化受到明显抑制。接头的最低硬度值明显提高至72 HV,达到焊核区硬度水平(75 HV)。拉伸测试时,接头断裂于热影响区,抗拉强度为262 MPa,达到母材的85%,优于常规参数下接头强度。研究表明,对铝合金进行高焊接速度搅拌摩擦焊,不仅可以提高接头力学性能,而且可显著提高焊接生产效率。     

点摩擦焊—铝、镁合金部件连接新技术

点摩擦焊是一种新型线性摩擦搅拌焊工艺技术，具有在同种或异种金属板材之间形成强接头的潜力，尤其适合于低熔点软金属，例如铝、镁合金。目前点摩擦焊已经成功用于铝合金板材部件的连接，在轻型机车用铝合金部件连接方面是一种极具前途的连接方法。     

6082-T6铝合金高焊接速度搅拌摩擦焊接头微观组织与力学性能

研究了高焊接速度2 000 mm/min下6 mm厚6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头的组织与力学性能。结果表明,在高焊接速度下,铝合金接头成形良好,焊核内部没有缺陷。焊核区“S”线呈现出不连续分布状态,焊核区晶粒尺寸细化至10 μm,热影响区的沉淀相粗化受到明显抑制。接头的最低硬度值明显提高至72 HV,达到焊核区硬度水平(75 HV)。拉伸测试时,接头断裂于热影响区,抗拉强度为262 MPa,达到母材的85%,优于常规参数下接头强度。研究表明,对铝合金进行高焊接速度搅拌摩擦焊,不仅可以提高接头力学性能,而且可显著提高焊接生产效率。     

厚板铝合金搅拌摩擦焊接头显微组织与力学性能

对14 mm厚板铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头焊核区微观组织,整体和分层切片力学性能进行了研究.结果表明,当旋转速度为400 r/min,焊接速度为60-100 mm/min时,接头抗拉强度σb、屈服强度σ0.2和延伸率δ随焊速的升高而降低.焊缝分层切片的σb,σ0.2和δ上部最高,分别达到了186.7 MPa,100.3 MPa和14.1%;下部最低,分别为157.5 MPa,80.2 MPa和10.1%.微观断口中存在大量的网状韧窝,切片上部韧窝最深,焊缝根部可见沿晶界的二次裂纹和浅韧窝.显微硬度分布为焊缝上部高于下部,沿焊缝中心呈不对称分布.焊核区上部等轴再结晶晶粒尺寸大于焊缝下部.焊核区上部的第二相粒子相对下部更均匀和细小,强化作用增强.     

镁铝异种金属搅拌摩擦焊搭接接头组织与性能分析

采用搅拌摩擦焊技术对异种金属铝合金5083和镁合金AZ31进行了搭接焊试验.对接头的力学性能、组织形貌及断口形貌进行了观察和分析.结果表明,在铝板置于上层、搅拌针长度小于铝板板厚的情况下,使用合适的工艺参数,这两种轻合金可以获得抗剪性能良好、界面结合紧密、无缺陷的搭接接头,从而使镁板和铝板通过由一定金属间化合物组成的界面区过渡层形成了良好的连接;接头都断裂于界面结合处,铝侧是由塑性撕裂导致的"小坑"组成,而镁侧主要为河流状花样;在界面中心区出现了明显的硬度升高现象.     

AZ31镁合金搅拌摩擦焊

研究了AZ31镁合金搅拌摩擦焊的焊缝成形、微观组织和力学性能.试验结果表明,随着旋转速度的增加,焊缝金属的塑性流动得到改善,孔洞消失;随着焊接速度的提高,焊核区晶体的动态再结晶得到抑制,晶粒被细化.最佳的工艺参数:旋转速度1 000 r/min,焊接速度45 mm/min,接头抗拉强度系数可达63.7％.     

2219厚板搅拌摩擦焊组织及性能分析

采用搅拌摩擦焊方法对厚度为30 mm的2219铝合金板进行了单道焊接试验,并对焊缝的微观组织与力学性能进行了分析.结果表明,在旋转速度为1 600 r/min,且焊接速度为20 mm/min时,可以获得较好的焊缝组织,其焊缝的抗拉强度为285 MPa,达到基材强度的60%以上,断后伸长率为8.73%;焊缝三个区由于受到的温度及搅拌作用的不同,结构、形貌及晶粒组织都有明显差异.焊后基材中起强化作用的微小的θ相Al2Cu颗粒,在焊接热循环的作用下析出并聚集成大量粗大颗粒,其大小约在10～50 μm,对焊缝强度起削弱作用.     

1060铝/AZ31镁合金异种金属搅拌摩擦搭接焊组织与力学性能研究

采用搅拌摩擦搭接焊对1060铝和AZ31镁合金异种金属进行焊接试验,利用三维表面形貌仪、光学显微镜研究了接头组织形貌,采用显微硬度仪、电子万能试验机和扫描电子显微镜研究了接头力学性能和断口形貌.结果 表明:焊接参数对焊缝表面形貌影响显著,在1500 r/mm,50 mm/min时,焊缝表面形成均匀弧纹.在1000 r/...     

铝/铜搅拌摩擦焊接头力学性能与断口形貌分析

由于铝、铜两种材料性能差异较大,用常规焊接方法难以实现连接,极大地限制了铝/铜复合接头的质量和应用范围.利用搅拌摩擦焊接技术成功地实现了铝合金5A06和紫铜T2的对接焊接,并对接头的力学性能及拉伸断口的形貌进行了分析.结果表明:选用合适的焊接参数,接头的抗拉强度达到225MPa,为母材紫铜T2的76.4％;焊缝区显微硬度测试显示,搅拌区铝-铜材料的混合,硬度值呈现波动且在靠近富铜区硬度出现突增值;拉伸断裂多发生在前进侧的热影响区或焊核区,宏观断口呈45°倾斜式和铝-铜交替层状断形貌;断口SEM微观形貌多呈塑性韧窝状.