关于铝合金薄板高速搅拌摩擦焊接搅拌头的新型设计

搅拌摩擦焊是新能源汽车电芯制造中代替传统激光焊接的关键方法。高速搅拌摩擦焊是提升电芯生产效率的关键工艺,科学的搅拌头尺寸参数设计方法可以有效减少高焊速条件下飞边沟槽缺陷,并提升电芯生产的合格率。基于对高焊速搅拌摩擦焊搅拌头的设计的理解,设计包括轴肩半径、轴肩摩擦系数、轴肩内凹角、轴针上半径、轴针下半径和轴针长度在内的高焊速搅拌头尺寸参数研究系统。针对铝合金薄板工业生产中质量需求,设计焊后焊缝质量评价指标。在考虑焊缝飞边大小、沟槽深浅以及左右材料交互比例的基础上,分析不同搅拌头参数影响下的焊接质量变化,获得搅拌头尺寸参数变化对焊接质量的影响规律,获得高焊速条件下的铝合金薄板搅拌摩擦焊搅拌头的最优设计。     

一种用于搅拌摩擦焊厚板焊接的新型搅拌头

针对厚板在搅拌摩擦焊接时下层金属焊接温度偏低、金属流动不畅、容易产生组织疏松或空洞，而上层金属因温度过高、流体压力过大而产生溢出和飞边等典型厚板焊接问题，从优化搅拌头结构的角度出发，设计出一种新型厚板焊接强力搅拌头。在焊接20mm高强度铝合金的实验中有效地消除飞边和空洞缺陷，获得了成功的应用。     

铝合金液冷冷板窄台阶搭接搅拌摩擦焊工艺研究

文中研究了铝合金液冷冷板窄台阶搭接搅拌摩擦焊工艺。冷板基底材料为6063 铝合金,盖板材料为3A21 铝合金。设计了窄搭接搅拌头,减小了轴肩宽度和焊接压力,增加了接头焊接时材料的流动性,针对不同焊深窄台阶冷板进行了窄搭接焊接工艺试验。研究表明,通过优化搅拌头形貌尺寸和工艺参数能够实现4-2（焊缝深度–台阶宽度,mm）、6-4 和9-6 的窄搭接搅拌摩擦焊焊接,焊接过程中进行定位预焊能有效避免产生焊缝S 型曲线,前进侧为6063 或3A21 时均能形成良好的焊缝。     

基于CFD模型的搅拌摩擦焊接搅拌头受力分析

搅拌头作为搅拌摩擦焊接的核心部件,其工作状态与使用寿命,对焊接过程起着决定性作用,而其受力与应力值,将直接影响搅拌头的磨损和疲劳分析。建立了AA6061-T6搅拌摩擦焊接计算流体力学模型,对搅拌头附近压力场进行分析,计算搅拌头横向受力,包括轴肩表面阻力,搅拌针上压力和搅拌针底部阻力。基于得到的搅拌针上载荷分布,进一步计算出多种转速工况下搅拌针根部危险截面疲劳应力变化规律。     

搅拌头偏置对铝镁异种合金搅拌摩擦焊焊缝成形的影响

采用不同的搅拌头偏置位置对AZ31B镁合金和6061铝合金进行搅拌摩擦焊对接试验,探究搅拌头偏置位置对铝镁异种合金搅拌摩擦焊焊缝成形的影响。对比了不同搅拌头偏置所获得的焊缝外观成形和断口成分能谱,实验结果表明,搅拌头偏置铝1 mm所获得焊缝表面成形质量要优于搅拌头置中和偏置镁1 mm所得的焊缝,焊接过程中金属间化合物大量连续的生成是造成接头断裂的主要原因。     

搅拌摩擦焊接中搅拌头的受力分析

采用基于固体力学的有限元方法研究搅拌摩擦焊接过程中,不同过程参数情况下搅拌头的受力情况.研究发现,搅拌摩擦焊接过程中搅拌头上应力的最大值发生在搅拌头前进方向上搅拌头与焊缝中心线接触点的附近,且von Mises应力的最大值随搅拌头平移速度的增加而增加,随搅拌头转速的增加而较小.搅拌头前方的接触压力较大,后方接触压力较小,后退侧的接触压力较前进侧大.搅拌头的不停旋转决定了搅拌头受到交变载荷作用,导致疲劳成为搅拌头破坏的原因之一.焊缝中心线附近的等效塑性应变和结构纹理呈现洋葱状结构.     

基于ABAQUS的搅拌头承载应力分析及结构设计

在搅拌摩擦焊稳定焊接阶段,对搅拌头的受力情况进行了有限元分析。由于应力集中的影响,搅拌针根部是搅拌头承载能力最弱的部分。分析了不同结构搅拌头的受力情况。结果表明,圆锥形搅拌针承载能力优于圆柱形搅拌针;平面轴肩优于内凹轴肩;搅拌针根部的过渡圆角半径越大,应力集中现象越小。     

不同形状搅拌头异种铝合金搅拌摩擦焊接头的性能

利用圆柱螺纹和三棱柱螺纹搅拌头对2024-T3与7075-T6铝合金进行了搅拌摩擦对接焊,并对焊缝的宏观形貌、硬度以及接头的拉伸性能、断口形貌进行了分析。结果表明:搅拌头转速为1 100r·min-1和焊接速度为80mm·min-1时的焊缝中无隧道类缺陷,且三棱柱螺纹搅拌头使得两种材料融合得较好,搭配方式为AS(2024)-RS(7075)的接头抗拉强度达到了260MPa,断裂位置为2024-T3铝合金的TMAZ区;搅拌头转速为1 100r·min-1和焊接速度为120mm·min-1且搭配方式为AS(2024)-RS(7075)时,圆柱螺纹搅拌头对应焊缝的硬度最小,仅为107HV,且拉伸断口上的韧窝数量最少、深度最浅,抗拉强度也最低,为78MPa。     

搅拌摩擦焊接过程中材料的三维流动分析

通过有限元方法对搅拌摩擦焊接过程中焊接构件材料的三维流动进行了研究，结果显示，在搅拌摩擦焊接工艺中，材料的等效塑性应变云图与焊接构件显微结构分布图有一定联系。在后退侧搅拌头的后方是材料流动较弱的区域，在后退侧搅拌头的前方则是材料流动最为剧烈的区域，材料越靠近焊接构件的上表面，其流动性越强。搅拌头前方的材料在搅拌头的推动下向上涌起，同时被旋推到搅拌头的后方，在肩台的作用下，这部分材料将会被压向下方以填充由于搅拌头的移动而留下的空间，这个过程周而复始，从而使搅拌摩擦焊接可以顺利进行。     

铝合金搅拌摩擦焊接头组织热稳定性

在焊后热处理过程中,搅拌摩擦焊接头焊核区细小的再结晶晶粒在高温下极不稳定,很容易发生晶粒异常长大降低接头性能。研究2024铝合金和7075-2024异质铝合金搅拌摩擦焊接头组织热稳定性,结果发现：增大搅拌头转速、降低焊速有利于提高接头组织热稳定性,接头焊核区晶粒尺寸差异越小,第二相粒子尺寸越小,密度越大,接头组织热稳定性越好;降低固溶温度或缩短固溶时间可以降低晶粒异常长大程度,但接头力学性能将发生下降。对于3 mm厚2024铝合金搅拌摩擦焊接头,在ω=2 500 r/min, v=20 mm/min的焊接参数下,495℃-30 min固溶处理后接头无明显晶粒异常长大现象。对于1.5 mm厚7075-2024异质铝合金搅拌摩擦焊接头,在ω=2 500 r/min, v=50 mm/min的焊接参数下,450℃-20 min固溶处理后接头晶粒异常长大基本得到控制,接头强度达到母材的90%。研究结果表明优化焊接工艺参数和焊后热处理工艺参数能获得较好的晶粒异常长大抑制效果,为铝合金搅拌摩擦焊接头组织性能调控提供参考。     

搅拌摩擦加工次数对AZ91D镁合金组织的影响

研究了搅拌摩擦加工(FSP)次数对AZ91D镁合金组织的影响.结果表明:加工次数对搅拌摩擦区晶粒大小影响不大;但加工次数多可增加搅拌摩擦区组织的面积,并使组织均匀化;使热机械影响区组织向搅拌摩擦区组织发生转变;增大轴肩下压区细晶组织面积,进一步细化轴肩下压区的晶粒.     

AZ31B镁合金搅拌摩擦焊焊接工艺研究

采用搅拌摩擦焊对AZ31B镁合金板材进行了焊接试验,研究了搅拌头旋转速度、焊接速度和搅拌头轴肩下压量对焊接接头成形质量的影响。结果表明,搅拌头转速过快或焊接速度过慢时,焊缝会出现局部过热甚至熔化现象;反之,当搅拌头转速不够或焊接速度过快时,材料不能充分流动,会形成隧道型缺陷或表面沟槽。当搅拌头轴肩下压量过小时,焊缝内部组织疏松或出现孔洞、隧道型缺陷,焊缝表面出现沟槽,甚至使焊缝金属液外溢;搅拌头轴肩下压量过大,会造成摩擦力及搅拌头前移阻力增大、焊缝凹陷及出现飞边。当搅拌头转速为1200～1500r／min、焊速为30～60mm／min,搅拌头轴肩下压量为1．5～2．0mm时,可得表面成形良好、内部无孔洞和隧道的焊缝。     

铝合金搅拌摩擦焊技术研究

论述了搅拌摩擦焊的焊接方法、工艺过程和基本原理；通过大量的工艺参数优化，解决了焊缝中的孔洞问题，使ＬＦ６板材搅拌摩擦焊的焊缝达到与母材等强，ＬＹ１２焊后未经热处理，连接强度接近母材的８０（。由金相分析可以看出，搅拌摩擦焊属于固相连接，焊缝晶粒细小，无气孔、夹杂、裂纹等焊接缺陷。初步应力测试发现，搅拌摩擦焊焊缝比熔焊焊缝的残余应力低。试验研究结果表明，搅拌摩擦焊焊接过程稳定可靠，焊接接头性能良好，具有广泛的应用前景。     

基于ANSYS的搅拌摩擦点焊机器人的有限元分析

对搅拌摩擦点焊机器人建立了三维模型,在对其关键部件模型简化后,通过工程分析软件ANSYS进行了网格划分、模态分析和静力分析,得到了各部件的固有频率、振型及应力、变形分布等情况,分析结果为进一步的优化设计提供了理论依据。     

某雷达冷板双轴肩搅拌摩擦焊接工艺试验

文中介绍了某雷达MB8镁合金冷板的双轴肩搅拌摩擦焊接试验。双轴肩搅拌摩擦焊接技术对夹具设计以及应用环境的要求较常规搅拌摩擦焊接低。本试验中搅拌头转速设计为1000～1600 r／min,焊接速度设计为100～160 mm／min。通过测量冷板焊接接头处的拉伸强度和硬度,分析了焊接工艺参数对接头力学性能影响的机制。试验结果表明,MB8镁合金冷板双轴肩搅拌摩擦焊接接头处没有出现未焊透、气孔和夹杂等镁合金熔焊常见的缺陷,接头处的拉伸强度为199～211 MPa,平均拉伸强度达到母材强度的91％,接头处布氏硬度为30～39 HBS ,相比母材略有下降。试验结果说明双轴肩搅拌摩擦焊接技术非常适合用于冷板以及其他结构件的焊接。     

基于G代码的搅拌摩擦焊接机床运动轨迹规划与应用

介绍了G代码的组成、编程分析与定义,以及G代码的检错功能,并在此基础上对搅拌摩擦焊接机床运动轨迹规划进行了探讨,研究了空间直线和空间圆弧轨迹规划算法,并通过实践对其可行性进行了验证,证实可满足实际生产的需要,具有良好的实用价值。     

焊接工艺参数对5383铝合金搅拌摩擦焊接头耐腐蚀性的影响

在制备不同焊接工艺条件下的5383铝合金搅拌摩擦焊接头的基础上,利用扫描电镜与能谱分析方法研究搅拌摩擦焊接头典型区域的宏观形貌特征与显微形貌特征,得到焊接速度、搅拌头转速及搅拌头压力等焊接工艺参数对接头耐腐蚀性的影响规律,结果表明:在特定的焊接工艺条件下,焊缝区域会产生S线。S线是接头腐蚀最严重的区域,其原因是由Mg元素偏聚、大量微孔的聚集与锰铁化合物的形成等三方面因素造成的;除S线及其附近区域外的焊缝其他区域的耐腐蚀性优于母材。同时,分析三种因素导致焊接接头耐腐蚀性降低的原理,阐述不同焊接工艺参数对5383铝合金搅拌摩擦时接头中S线形成的影响,提出利用减少焊接速度、增加搅拌头转速与提高搅拌头压力的方法来改善5383铝合金搅拌摩擦焊接头的耐腐蚀性。     

Influence of FSP on the microstructure,microhardness, intergranular corrosion susceptibility and wear resistance of AA5083 alloy

This article investigates the role of friction stir processing (FSP) process parameters on the evolution of microstructure, hardness, intergranular corrosion resistance and wear resistance of aluminium alloy AA5083. The FSP trials are performed by changing the process parameters as per face-centered central composite design. The friction stir processed (FSPed) specimens subjected to intergranular corrosion test and wear test are characterized using field emission scanning electron microscope, energy dispersive x-ray spectroscopy and X-ray diffraction. Outcomes suggest that grain refinement, dispersion and partial dissolution of secondary phase has simultaneously increased the hardness, intergranular corrosion resistance and wear resistance of the FSPed specimens. The study found that tool rotation speed of 700?rpm, tool traverse speed of 60?mm?min^?1 and shoulder diameter of 15?mm results in maximum hardness, wear resistance and intergranular corrosion resistance.     

钢搅拌摩擦焊接及加工研究进展

自搅拌摩擦焊发明至今,国内外开展了大量的有关搅拌摩擦焊(Friction stir welding, FSW)技术的研究与开发工作,并且已在轻合金结构制造领域得到大量实际应用。此外,基于搅拌摩擦焊原理发展而来的另一项技术--搅拌摩擦加工也得到广泛关注,并且在金属材料组织改性及复合材料制备方面显示了独特的优势。然而,由于受到高温搅拌头材料的限制,对钢铁材料搅拌摩擦焊接及加工的研究相比铝合金要少了很多。本研究对钢铁材料搅拌摩擦焊接及加工的研究进展进行简要概述,总结同质钢铁材料搅拌摩擦焊接、异质钢铁材料搅拌摩擦焊接、钢铁材料搅拌摩擦加工以及高温焊接工具材料等几方面的研究成果,指出其中存在的重要科学及技术问题,并对钢铁材料搅拌摩擦焊接以及搅拌摩擦加工的发展趋势及值得关注的问题进行展望。     

Ultrasonic thermometry for friction stir spot welding

This investigation presents the feasibility of ultrasonic temperature measurement of friction stir spot welding (FSSW). FSSW is an automated solid state joining process. Thermal profiles of the weld zone are crucial for implementing informed process changes to improve weld quality. Ultrasonics present a novel and non-invasive method of monitoring changes in temperature.Ultrasonic time of flight (TOF) measurement method is used to calculate the temperature of Al 6061 as it is heated. Comparisons of the ultrasonic temperature calculations with thermocouple readings confirm the accuracy of the ultrasonic system. The ultrasonic signal is then recorded during spot welding and processed. The results show that ultrasonic technology is a feasible method of monitoring the heating and cooling profiles of the weld zone during welding. The paper also discusses challenges presented by the system as well as recommendations for its future implementation in the friction stir welding manufacturing industry.