先进的搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊是利用一种特殊形式的搅拌头边旋转边前进，通过搅拌头与工件的摩擦产生热量，摩擦热使该部位金属处于热塑性状态，并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动，从而使待焊件压焊为一个整体。它可以焊接所有牌号的铝合金以及用熔焊方法难以焊接的材料，并突破了普通摩擦焊对轴类零件的限制。由于搅拌摩擦焊是固态焊接，所以没有熔化焊时的气孔、裂纹等缺陷。搅拌摩擦焊的接头性能普遍优于熔化焊的。     

2A12铝合金搅拌摩擦焊缝孔洞和沟槽缺陷分析

搅拌摩擦焊(friction stir welding简称FSW)是一种利用高速旋转的搅拌头与工件摩擦产生的热量,使被焊材料局部塑化的新型固相连接工艺.它可以对多种熔化焊接性差的有色金属等材料进行可靠的连接,而且连接工艺简单,有较好的工艺适应性.对2A12铝合金进行搅拌摩擦试验,研究了搅拌摩擦焊缝孔洞和沟槽缺陷,分析了这类缺陷的形成和影响因素.     

搅拌摩擦焊接中参数变化对温度场分布的影响

文章建立了搅拌摩擦焊接过程的三维有限元热分析模型,讨论了旋转速度、搅拌头半径、轴肩半径、搅拌针锥角以及螺纹角等焊接参数对工件温度场的影响。计算结果表明,在焊接过程中,工件的最高温度低于熔点,为固相连接。在焊接工艺参数许可的范围内,旋转速度和搅拌针半径的增加,会使搅拌摩擦焊接过程中的最高温度值增加,而锥角和螺纹角增加,会使最高温度值随之减小,轴肩半径的改变对工件温度场的影响相对较小。     

搅拌摩擦焊接过程中搅拌针锥角和预热对温度分布的影响

搅拌摩擦焊(FSW)被广泛应用在工业上,用来连接有色金属,尤其是铝合金。采用基于有限元分析的三维模型研究FSW过程中铜C11000的热特性。模型包含了搅拌头的机械作用和待焊接材料的热性能,以材料和搅拌针以及轴肩之间的摩擦作为热源。结果表明,温度的预测结果与实验结果具有良好的一致性。此外,数值模拟方法可以简单地应用于测量搅拌头下方工件的温度。研究了预热温度和搅拌针锥角对温度分布的影响。搅拌针锥角的增加可提高焊缝周围的温度,但预热不会影响焊缝周围的温度分布。     

搅拌摩擦焊专题之搅拌头(上)

搅拌头是搅拌摩擦焊技术的心脏~([TWI]),也是搅拌摩擦焊方法的核心。搅拌摩擦焊过程中搅拌针旋转着插入被焊接材料的结合界面处,使被焊接材料得到热塑化,然后搅拌头沿着待焊接界面向前移动,在搅拌头的作用下,热塑化的被焊接材料从前部向后部转移,并在搅拌头的锻造力作用下形成可靠接头。     

镁合金薄板的搅拌摩擦焊工艺

搅拌摩擦焊是一种新型的塑化连接工艺,对于用熔化焊方法难于焊接的有色金属,有着极大的应用潜力。本文针对我国航空航天工业中常用的MB8镁合金,试验研究了镁合金薄板的搅拌摩擦焊工艺,对焊缝的成形特点、接头组织特征及力学性能进行了分析探讨。结果表明,MB8镁合金塑化连接的接头外观成形良好,内部无气孔、裂纹,焊后焊件几乎无变形,接头性能可达到母材抗拉强度的76％。塑化连接接头由焊核和热影响区组成,焊核区是经历了动态再结晶的细小晶粒,热影响区的晶粒较粗大。     

镁合金搅拌摩擦焊接技术的研究进展

搅拌摩擦焊是利用一种特殊形式的搅拌头边旋转边前进,通过搅拌头与工件的摩擦产生热量,摩擦热使该部位金属处于热塑性状态,并在搅拌头的压力作用下从其前进端向后部塑性流动,从而使待焊件压焊为一个整体.由于搅拌摩擦焊是固态焊接,所以没有熔化焊时的气孔、裂纹等缺陷.综述了镁合金搅拌摩擦焊接技术的新进展,并对镁合金搅拌摩擦焊接技术的发展进行了展望.     

铝合金搅拌摩擦焊接缺陷的研究进展

搅拌摩擦焊接技术是一种利用高速旋转的搅拌探头与工件摩擦产生的热量使被焊材料局部塑化的新型固相连接工艺.为提高铝合金搅拌摩擦焊接接头质量,对工艺参数的波动、装配和表面状态等原因产生的铝合金搅拌摩擦焊接特有的缺陷(包括缺陷的种类、特征及形成原因)进行分析.总结了缺陷对接头拉伸、疲劳性能的影响以及焊接缺陷的检测和修补方法.对改善铝合金搅拌摩擦焊接接头性能和提高焊接生产效率具有重要的理论意义和实际参考价值.     

搅拌摩擦焊过程数学模型建立的影响因素及现状

在此主要研究搅拌摩擦焊过程数学模型建立的几个重要影响因素，并结合工艺试验对国内外的研究现状和模型建立过程中涉及到的问题进行了阐述。结果发现，搅拌摩擦焊的焊接工艺参数、搅拌头探针产生的热量等都对温度场模型的建立起着重要作用。另外，轴肩与工件的摩擦系数、搅拌头轴肩的压力、搅拌头探针的形状都影响着焊缝的成形质量和焊缝区流场模型的建立。     

搅拌摩擦焊接技术的研究现状与前景展望

搅拌摩擦焊接技术是近年来发展较快的一种焊接技术,目前在多个行业中获得了深度关注并取得了飞速发展,研究材料从最初的铝合金到现在涵盖了多种的金属材料、轻合金材料、非金属材料等;搅拌头结构也已经多种化,从传统的结构发展到现在的以双头搅拌头、固定轴肩搅拌头和浮动轴肩搅拌头等为代表的创新形式焊接工具,焊接工艺从单一以控制转速比、轴向压力、焊接倾角和下压量的单热源摩擦焊再到为解决高熔点金属的搅拌摩擦焊应用的先进焊接技术,如激光、等离子、超声-搅拌摩擦复合焊等以及电磁感应-摩擦复合焊等复合焊接方法。搅拌摩擦焊接技术以其巨大发展潜力和独有的技术优势迅速得到社会的认可和技术推广,逐渐成为当下最热门的固相连接技术方法之一。     

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.     

铝合金搅拌摩擦焊接头行为分析

详细介绍了搅拌摩擦焊（FSW）接头塑性流变数值模拟所得到的结果，并且利用搅拌摩擦焊的“插入试验”，测量了搅拌头旋转着插入铝合金材料过程中作用在搅拌头上的作用力，并将之转化为有效的粘度值和温度输出，确定了搅拌摩擦焊过程中充分塑化区（FPZ）的材料粘性，3－D数值模拟结果显示了搅拌头肩台下大约1.5mm的紊流区域的形成；解释了在异种金属搅拌摩擦焊接过程中无序混合产生的间混薄层结构，以及局部液相形成（初始熔化）引起的搅拌头的瞬间滑移导致了在特定的温度下（Tcrit）的材料粘性迟滞。     

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.     

铝合金船舶的摩擦搅拌焊接工艺

摩擦搅拌焊(FSW)是在低于工件材料熔点情况下操作的固相焊接,是在旋转情况下通过一种耐磨工具将板材或型材材料连接的工艺,可用于铝、镁、铜等的焊接,焊接质量优良.通常情况下,摩擦搅拌焊的焊缝强度超过热影响区.介绍了摩擦搅拌焊在造船和船舶制造业上的应用,以及船舶工业的研究需求.     

高效、固相焊接新技术--搅拌摩擦焊

在介绍搅拌摩擦焊（FSW）技术特点的基础上,对发达国家在搅拌摩擦焊接技术的工业化应用进行了综述,并且对中国搅拌摩擦焊中心在镁合金、铜合金、钛合金、塑料等材料的搅拌摩擦焊工艺研究、复杂铝合金构件开发以及搅拌摩擦焊设备制造等方面进行了较全面的介绍.搅拌摩擦焊接技术是一项高效、固相焊接新技术,在铝合金结构焊接方面具有广阔的应用前景.     

一种新型零减薄搅拌摩擦焊工艺

文中成功开发了一种基于焊具轴肩零压入量的新型零减薄搅拌摩擦焊工艺,能够从根本上彻底消除常规搅拌摩擦焊中出现的焊缝减薄现象.采用这一新型工艺实施焊接,无需对被焊母材进行任何焊前焊后的增材或减材处理,即可低成本、高效率、高质量的实现铝合金的零减薄搅拌摩擦焊接.结果表明,所得零减薄接头的抗拉强度可以达到母材的97%,断后伸长率可以达到母材的100%.由于焊接中轴肩作用被显著削弱,这种焊接方法还能有效改善工件厚度方向上的焊缝微观组织和力学性能的分布均匀度.     

焊接热输入对铝合金双轴肩搅拌摩擦焊缝形貌与接头性能的影响

系统研究了焊接热输入对双轴肩搅拌摩擦焊接头焊核区轮廓和拉伸性能的影响. 接头宏观组织形貌结果表明,随着焊接热输入因子的逐渐升高,双轴肩搅拌摩擦焊接头焊核区依次展现出“哑铃形”、“焊核变平”、“焊核凸出”轮廓. 焊核凸出是高热输入条件下双轴肩搅拌摩擦焊接头特有的一种物理现象,且往往伴随产生内部孔洞型缺陷. 焊核区轮廓形貌取决于双轴肩搅拌摩擦焊缝厚度中心沿径向向外运动的塑性金属流动场与热力影响区中部的相互作用. 拉伸性能结果表明,随着焊接热输入因子的逐渐升高,双轴肩搅拌摩擦焊接头拉伸性能呈现出逐渐下降的趋势.     

搅拌摩擦搭接焊用搅拌头形貌优化研究进展

搅拌摩擦焊是一种新型固相连接技术,它的出现为铝合金等轻质合金的连接提供了新的有效途径。文中综述了关于搅拌摩擦搭接焊接头的基本特征、材料流动机理、搅拌头形貌优化等方面研究成果,并在此基础上对搅拌摩擦搭接焊中搅拌头的优化进行了展望。     

铝/镁搅拌摩擦焊异质接头热-力场仿真研究

铝合金和镁合金在多材料结构中的混合应用可有效实现轻量化效果,以搅拌摩擦焊为代表的新型固相焊接技术在铝/镁异种合金连接中的应用是焊接领域的研究热点。文中基于扭矩热源模型,利用Abaqus软件分析了搅拌头转速对6061铝合金/AZ31镁合金搅拌摩擦焊搭接接头热-力场的影响。结果表明:受搅拌头产热和热传导散热的共同作用,接头表面和横截面温度场分别呈椭圆状和碗状,焊缝前进侧温度高于后退侧。接头残余应力主要由纵向应力和横向应力构成,轴肩边缘同时受热应力和机械应力的作用而具有应力峰值。此外,接头峰值温度和残余应力值均随搅拌头转速的提高表现出不同程度的增大。相关研究结果可为铝/镁异种合金搅拌摩擦焊工艺参数的设计与优化提供理论指导。     

搅拌摩擦焊技术在中国的推广应用

搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding,FSW)是英国焊接研究所(TWI)1991年发明的一项固相连接专利技术。与常规熔焊相比,该方法具有突出的优点:固相连接;焊缝为细晶组织,组织和性能优良,与熔焊接头相比强度更高;可实现多种接头形式的焊接;焊件中残余应力低、变形小;没有气孔、裂纹等熔焊常见的缺陷;全机械化操作,便于实现自动化。该技术实现了铝、镁合金等难以熔焊的轻金属的可靠连接,亦可用于黑色金属的连接,被誉为“继激光焊后最为革命性的焊接技术”。搅拌摩擦焊由于其具有的独特的优势,从诞生之初就备受关注,针对该技术的机理、工艺、设备…