基于焊接机器人的铝合金厚板FSW接头性能

采用基于焊接机器人的新型搅拌摩擦焊机,进行了35 mm厚的5083铝合金板材的单道次对接焊试验,并与普通搅拌摩擦焊机所得接头进行了显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的对比与分析。结果表明,与普通搅拌摩擦焊机相比,基于焊接机器人的新型搅拌摩擦焊机获得接头的接头效率从66%提高至94%,屈服强度提高39 MPa;断后伸长率提高6.6%,腐蚀电位正移315 m V。     

紫铜厚板的搅拌摩擦焊接

采用搅拌摩擦焊接方法对厚度为25mm的T2紫铜厚板进行了单道对接焊试验,并对焊缝的微观组织、力学性能、导电特性及焊缝能谱进行了分析.结果表明,用搅拌摩擦焊方法焊接25mm厚的T2紫铜板,可得到成形美观、内部无缺陷的平板对接接头.在旋转速度为960r/min、焊接速度为70mm/min时,搅拌摩擦焊的焊接接头的抗拉强度可达到186.6MPa,搅拌摩擦焊接头的电阻率与母材基本相当.     

基于正交试验的2024-T4铝合金超声辅助搅拌摩擦焊的研究

采用正交试验研究了超声辅助搅拌摩擦焊工艺参数对1.8 mm厚的2024-T4铝合金板接头组织与力学性能的影响。结果表明:焊接速度对接头抗拉强度的影响最大,而旋转速度和超声频率的作用依次减弱;采用最优参数焊接,即当转速为1600 r/min、焊速为240 mm/min、频率为25 k Hz时,其接头的抗拉强度可达397 MPa,比搅拌摩擦焊强度提高了6%。通过对比焊缝宏观及微观纹理、力学性能、金相组织和显微硬度等,均发现超声搅拌摩擦焊焊缝性能要优于搅拌摩擦焊。     

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。     

2219-T4铝合金双轴肩FSW与常规FSW接头性能对比研究

对常规搅拌摩擦焊和双轴肩搅拌摩擦焊技术进行了比较,试验材料为6 mm厚2219-T4铝合金.对两种焊缝的微观结构、显微硬度和力学性能进行了测试.结果表明双轴肩焊缝的宏观形貌与常规搅拌摩擦焊焊缝的不同,呈哑铃型.且由于双轴肩焊接的热输入量较高,其接头的显微硬度和力学性能普遍低于常规搅拌摩擦焊接头.双轴肩搅拌摩擦焊接头的抗拉强度可达到常规搅拌摩擦焊接头的90%.     

焊接速度对5754铝合金FSW接头微观组织和力学性能的影响

对3 mm厚的5754铝合金板材进行搅拌摩擦焊接，研究了搅拌头在转速800 r/min条件下，不同焊接速度(100 ~ 400 mm/min)对搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响. 结果表明，5754铝合金FSW接头横截面形貌呈“盆”形. 随着焊接速度增加，5754铝合金FSW接头的焊核区和轴肩区的面积逐渐减小，而搅拌针区面积先增加后减小. 当焊接速度为300 mm/min时，搅拌针区面积达到最大值6.66 mm2，轴肩区和搅拌针区面积比例为0.97，5754铝合金FSW接头的强度系数达到97.5%，这主要是因为轴肩区和搅拌针区面积相近，增大了焊核区和热影响区界面面积，从而提高了FSW接头强度，拉伸断裂在焊核区以外(热影响区或基材区)，断口为韧性断口. 当焊接速度为400 mm/min时，5754铝合金FSW接头的强度系数为58.8%，拉伸试样均断裂在焊核区，断口为脆性断口.     

丁字型管篮球架用新型镁合金的复合固相焊接工艺研究

为了提高丁字型管篮球架新型镁合金Mg-3Al-1Zn-0.1Ti焊接接头的质量,采用激光辅助搅拌摩擦焊的复合固相焊接工艺进行了复合固相焊接试验,利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射,X光无损探伤等观察并分析了接头的宏观形貌、显微组织、物相组成和力学性能。结果表明,该复合固相焊接接头的室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到母材的97.2%、93.5%、91.7%,接头焊核区显微组织在物相组成上与母材一致,均是由α-Mg和Mg17Al12组成;主要工艺参数为:激光功率2 k W、搅拌头旋转速度800 r/min、焊接速度120 mm/min、轴肩下压量0.2 mm、搅拌头倾角2.5°。     

铝合金无减薄搅拌摩擦焊工艺优化及特征分析

为提高无减薄搅拌摩擦焊接头力学性能,基于响应面法对参数进行优化,建立了响应面模型,并对模型进行回归分析. 结果表明,无减薄搅拌摩擦焊是成形优良的焊接工艺,而且焊接参数对接头拉伸性能影响明显,其中主轴转速及焊接速度对其影响更为显著. 在无缺陷条件下,提高主轴转速的同时选取适中的焊接速度,以得到性能更优的焊接接头. 焊接参数为主轴转速1 000 r/min,焊接速度200 mm/min、轴肩下压量0.25 mm时,接头的抗拉强度最大为363 MPa,为母材的94.3%,断后伸长率11.2%. 而且相比于常规搅拌摩擦焊,无减薄搅拌摩擦焊在厚度方向上的性能更加均匀.     

铜铝异种金属搅拌摩擦焊工艺研究

对2 mm厚的纯铝板和紫铜板的搭接接头的搅拌摩擦焊进行试验研究,分析了工艺参数对焊接质量的影响。结果表明:在试验条件下,焊接速度为60 mm/min、搅拌头旋转速度为700 r/min、下压量为2. 80 mm时,焊接接头抗拉强度达到最大值(96 N/mm2),其为铝母材强度的78%,焊接接头成形良好,无明显缺陷。     

1.8mm2024-T4铝合金板的搅拌摩擦焊接

采用搅拌摩擦焊方法对厚度为1.8mm2024-T4铝合金薄板进行焊接实验,通过高压水冷装置来控制由残余应力产生的失稳翘曲变形,并对焊缝的微观组织与力学性能进行了分析.结果表明:用搅拌摩擦焊方法焊接1.8mm厚的2024-T4铝合金薄板可得到外表成形美观、内部无缺陷的平板对接接头.在冷却水压为0.4MPa、搅拌针旋转速度为2100r/min、焊接速度为120mm/min时,搅拌摩擦焊的焊接接头强度可达到377.9MPa,达到母材强度的80.39%.     

热输入对汽车用铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

采用不同的搅拌头轴肩直径,即以不同的热输入进行汽车用5052-T6铝合金搅拌摩擦焊试验,并进行了接头显微组织、织构、力学性能和疲劳性能的测试与分析。结果表明,随着热输入的增加,接头焊核区平均晶粒尺寸先减小后增大,焊核区织构先弱化后增强,接头的力学性能和疲劳性能先提高后下降;搅拌头轴肩直径优选为20 mm,其搅拌摩擦焊焊接接头的抗拉强度、疲劳寿命分别达到母材的98%、92%。     

大厚度2219铝合金搅拌摩擦焊组织和性能及工程因素分析

针对22 mm厚的2219铝合金，首先设计了2219铝合金搅拌摩擦焊的专用搅拌工具，进行了2219铝合金搅拌摩擦对接试验，获得了成形良好、性能优良的焊接接头。研究了不同装配间隙及错边量对2219铝合金搅拌摩擦焊接头的力学性能的影响。结果表明，在转速为300～450 r/min、焊接速度为100～150 mm/min时，接头可划分为焊核区、热力影响区、热影响区及母材；其中，焊核区组织均为细小的等轴晶；接头的显微硬度呈U形分布，最低显微硬度位于热力影响区，最高显微硬度位于母材区；接头的平均抗拉强度为341 MPa，为母材的74%，接头的断后伸长率为6.1%；焊接接头均断裂于热力影响区，呈韧性断裂。此外，随着装配间隙的增加，接头的抗拉强度逐渐降低；相反，随着错边量的增加，接头的抗拉强度呈先增加后降低的趋势；装配间隙为1 mm、错边量为1.5 mm时，接头无缺陷，具有最优的力学性能。     

6mm厚紫铜的搅拌摩擦焊研究

对T2紫铜的搅拌摩擦焊技术进行了试验研究,对其接头组织和力学性能等进行了初步分析,并对紫铜搅拌摩擦焊温度场进行了数值模拟和实验验证。结果表明,用搅拌摩擦焊方法焊接6mm厚的T2紫铜板,可得到成形美观、内部无缺陷的平板对接接头。紫铜搅拌摩擦焊时工件温度较高,焊接区最高温度接近700℃,温度分布以搅拌头为中心,呈放射状向四周逐步降温。     

工艺参数对Ti/Zn/Al异种金属搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

以3 mm厚2A14铝合金和TC4钛合金为对接材料,0.05 mm厚Zn薄片为中间层材料进行搅拌摩擦焊对接。研究了不同焊接参数对钛/铝异种金属搅拌摩擦焊对接接头宏观形貌、微观组织、力学性能的影响。结果表明:当焊接速度为75 mm/min,旋转速度为375~950 r/min,偏移量2.5 mm时,均可获得表面成形良好的焊接接头。但随着旋转速度的增加,焊缝表面粗糙度先减小后增大,而对接接头抗拉强度逐渐降低;当旋转速度为600 r/min,焊接速度从60mm/min增大到95 mm/min时,焊缝的飞边逐渐减少。当旋转速度为375 r/min,焊接速度为75 mm/min,偏移量2.5 mm时,抗拉强度达到最大值237.3 MPa,达铝合金母材抗拉强度的56.7%。     

6013—T4铝合金薄板搅拌摩擦焊热输入对焊缝成形及组织性能的影响

针对2 mm厚6013—T4铝合金薄板进行了搅拌摩擦焊接工艺试验,用搅拌头旋转速度和焊接速度的比值ω/v表征搅拌摩擦焊的热输入,试验研究了焊接热输入对接头的焊缝成形和力学性能的影响,并分析了接头的显微组织.结果表明,搅拌摩擦焊接头的综合性能较好,抗拉强度和屈服强度分别达到母材的83.3%和75.8%;在不同的搅拌头旋转速度下,随着焊接热输入的增加,接头的屈服强度和抗拉强度降低;ω/v在3 r/mm左右,焊缝成形美观,飞边毛刺少.母材为板条状组织;热影响区晶粒与母材相似,但稍微有粗化;热力影响区的晶粒极不均匀,既有等轴晶,也有拉长的带状组织;焊核区为细小的等轴晶组织.     

AZ91D薄板搅拌摩擦焊

实现了厚度为2.2 mm铸造镁合金AZ91D薄板的搅拌摩擦焊和钨极氩弧焊,分析了搅拌摩擦焊工艺参数对焊接接头成形的影响和接头组织变化,考察了搅拌摩擦焊接头的力学性能.在搅拌头旋转速度为1 380 r/min时得到了比较理想的焊接接头,而1 960 r/min的转速过大.接头不同区域所受的机械力和热量不同,显微组织明显不同.搅拌区晶粒细小,显微硬度和强度都有所提高.搅拌摩擦焊接头力学性能与热输入有关;与氩弧焊接头相比,搅拌摩擦焊接接头的性能更好.     

6 mm厚紫铜的搅拌摩擦焊研究

对T2紫铜的搅拌摩擦焊技术进行了试验研究，对其接头组织和力学性能等进行了初步分析，并对紫铜搅拌摩擦焊温度场进行了数值模拟和实验验证。结果表明，用搅拌摩擦焊方法焊接6mm厚的T2紫铜板．可得到成形美观、内部无缺陷的平板对接接头。紫铜搅拌摩擦焊时工件温度较高，焊接区最高温度接近700℃，温度分布以搅拌头为中心，呈放射状向四周逐步降温。     

7N01铝合金厚板搭接搅拌摩擦焊接头力学性能研究

研究不同工艺参数下,7N01铝合金搅拌摩擦焊搭接接头的力学性能。结果表明,当其它工艺条件不变,搅拌头旋转速度在350~450 r/min、焊接速度在200~250 mm/min区间时,焊接接头能获得400 MPa左右的拉剪强度,接近母材的90%,大于或小于这一区间,都会使其抗拉性能变差。在转速350~450 r/min、焊速100~250 mm/min的范围内,通过适当提高焊接时的焊接速度和搅拌头转速,可以获得搭接面较好的接头。显微硬度测试结果显示,焊缝区的维氏硬度可达到母材硬度值的70%左右。当搅拌头转速恒定时,硬度值随着焊接速度的增加先增加后减小。     

机床用铝合金/不锈钢的异质搅拌摩擦焊工艺

采用不同工艺参数下的搅拌摩擦焊对接焊方法,进行了机床用6063铝合金/304L不锈钢的异质焊接试验,并进行了接头的X光无损检测以及显微组织和力学性能测试。结果表明,搅拌头旋转速度500~650 r/min、焊接速度155~185 mm/min时可获得良好的焊接接头;接头抗拉强度可达139 MPa,达到6063铝合金母材抗拉强度的67%,达到304L不锈钢母材抗拉强度的17%。搅拌头旋转速度优选550 r/min、焊接速度优选180 mm/min。     

下压量对厚板7N01铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

对15 mm厚板7N01铝合金进行搅拌摩擦焊对接试验，焊后开展接头性能分析试验，研究下压量对7N01铝合金搅拌摩擦焊接头的静载拉伸性能、撕裂性能及疲劳强度的影响。研究结果表明，下压量对7N01铝合金搅拌摩擦焊接头静载强度和撕裂性能影响均不显著；随着下压量的增加，7N01铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳强度呈现上升趋势；下压量为1.0 mm时，15 mm厚板7N01铝合金FSW接头的综合性能最优。