搅拌摩擦焊概述（二）

搅拌摩擦焊是一种纯机械化的固相连接方法。如下图所示，搅拌摩擦焊过程中，一个柱形带特殊轴肩和针凸的搅拌头旋转着缓慢插入被焊工件的待焊接处，被焊工件需要有背部衬垫和被牢固固定，以防止焊接过程搅拌头力的作用从而使工件分离，搅拌头和被焊材料之间的摩擦剪切阻力产生了摩擦热，摩擦热使搅拌头邻近区域的材料受热变软从而得到了热塑化，当搅拌头受到驱动沿着待焊界面向前移动时，热塑化的材料由搅拌头的前部向后部转移，并且在搅拌头轴肩的锻造作用下，实现工件之间的固相连接。     

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。     

工艺参数对搅拌摩擦焊洋葱圆环形成的影响

搅拌摩擦焊中焊缝材料的流动对焊件性能有很大影响，洋葱圆环是搅拌摩擦焊焊焊核区中材料流动的集中体现，文中对5mm厚的1060、3003铝合金板材进行了搅拌摩擦焊连接，通过对其焊核区腐蚀后的形貌观察分析研究了不同工艺参数下材料的流动形态，结果表明，工艺参数对搅拌摩擦焊焊核区洋葱圆环的形成有很大影响，采用较高的搅拌头转速和合适的焊接速度可获得稳定，质量良好的搅拌摩擦焊接头。     

搅拌摩擦焊概述（一）

搅拌摩擦焊专栏是《现代焊接》杂志与中国搅拌摩擦焊中心合作开辟的搅拌摩擦焊技术的科普专栏，包括以下专题——搅拌摩擦焊概述，搅拌摩擦焊优点。搅拌摩擦焊原理，搅拌摩擦焊历史，搅拌摩擦焊应用，搅拌摩擦焊设备，搅拌头设计和材料，搅拌摩擦焊可控参数和过程控制，搅拌摩擦焊匙孔去除技术，搅拌摩擦焊工艺改进，搅拌摩擦焊接头性能，搅拌摩擦焊点焊，铜、镁、钛、钢的搅拌摩擦焊，搅拌摩擦焊接头及夹具设计，搅拌摩擦焊检测技术，搅拌摩擦焊质量控制等。敬请关注![编者按]     

钛和钢等高强度合金搅拌摩擦焊搅拌头用材的研究进展

搅拌摩擦焊技术克服了传统焊接技术的弱点,在铝镁等软质材料的焊接上应用十分广泛。但是受到搅拌头用材的制约,搅拌摩擦焊在钛、钢等焊接难度较大的高强度合金上的应用仍很局限。因此选择一种合适的材料,开发既廉价又安全可靠的搅拌头成为各国研究者研究的重点。文中将对国内外不同工况下高强度合金搅拌摩擦焊时搅拌头用材进行阐述,说明了不同材质的搅拌头焊接钛、钢的焊接效果、搅拌头焊接时的磨损和失效情况,并对比分析了各搅拌头材料的性能及优缺点,同时对高强度合金搅拌摩擦用材的发展做出了展望。     

不锈钢搅拌摩擦焊搅拌头温度场模拟

搅拌头技术是搅拌摩擦焊工艺的关键技术,不绣钢搅拌摩擦焊一个重要的难点是确定不锈钢搅拌摩擦焊搅拌头的材料.此材料要求在1000℃或更高的温度下具有良好的耐磨性和韧性.采用搅拌摩擦焊工艺对3 mm厚0Cr18Ni9不锈钢板进行了对接焊接.利用有限元软件DEFORM-3D初步模拟了在旋转速度600 r/min,焊接速度70 mm/min下焊接不锈钢时搅拌头的温度场分布.结果表明,模拟结果与实测结果基本吻合.     

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。     

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。     

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。     

铝合金双面搅拌摩擦焊初步研究

提出了双面搅拌摩擦焊这种新的焊接方法，对比研究了6K32-T4铝合金搅拌摩擦焊与双面搅拌摩擦焊接头的组织和硬度，并对双面搅拌摩擦焊焊缝进行了XRD分析。研究发现：铝合金双面搅拌摩擦焊与搅拌摩擦焊焊缝组织分区相同；双面搅拌摩擦焊焊缝的硬度略低于搅拌摩擦焊，且焊缝硬度下降区域范围更大；双面搅拌摩擦焊后焊缝依然保持为原有相组成；双面搅拌摩擦焊比搅拌摩擦焊焊接线能量更大，采用双面搅拌摩擦焊代替搅拌摩擦焊有利于提高焊接效率并消除焊缝隧道型缺陷、改善焊缝的性能。     

真空结晶机搅拌装置结构优化设计

针对硝铵结晶反应釜扩容后工作负荷增加,反应釜搅拌装置振动和噪声随之上升,导致搅拌装置轴承、填料磨损加剧,反应釜密封不严等问题,提出此类设备改造的基本原则;结合试验对搅拌机架、搅拌轴密封和填料、减振装置进行了重新设计,解决了反应釜搅拌装置的振动和噪声问题,延长了搅拌装置轴承、填料寿命,提高了生产效率和产品质量。     

三维搅拌摩擦焊接传热与塑性流动分析模型

为研究搅拌摩擦焊接过程热流相互作用下的温度场、速度场和粘度场,将材料看成是层流、粘性、非牛顿流体,基于流体力学理论,建立了搅拌摩擦焊接过程的三维热流分析模型.给出了焊接过程热输入与搅拌头的旋转频率、工件运动速度、搅拌头尺寸及材料发生屈服时的剪应力的数学关系式,并将其作为热边界条件加入到了模型中.结果表明,搅拌头前部温度低于后部,温度梯度前部大于后部;受搅拌头周围材料流动的影响,接近搅拌针的区域,后退侧温度高于前进侧;材料上部速度、粘度受轴肩影响较大,下部主要受搅拌针影响;计算得到的热力影响区与试验结果有较好的对应关系.     

基于响应面法7A52高强铝合金FSW接头抗拉强度预测及优化

为了研究7A52铝合金搅拌摩擦焊的焊接速度、搅拌头转速及轴肩压深对接头抗拉强度的影响,采用响应面法的中心复合试验设计法设计20组试验,并建立抗拉强度响应函数关系式. 为了验证响应函数关系式的精确性,通过方差分析和回归分析确定该回归模型为显性,相关性系数R2的偏差为3.17%. 通过单一焊接参数因素和双因素焊接参数对抗拉强度的影响分析,进一步验证了模型的准确性,最后通过拉伸试验验证. 结果表明,基于响应面法拟合的搅拌摩擦焊焊接速度、搅拌头转速及轴肩压深与接头抗拉强度响应函数关系式能精确的预算不同焊接参数组合所对应的接头抗拉强度,并获得接头最佳参数组合为焊接速度110 mm/min、搅拌头转速1 436 r/min和轴肩压深0.55 mm,得到最大预测抗拉强度为380 MPa.     

铝锂合金机器人搅拌摩擦焊接头组织和性能

为降低焊接压力以适应机器人搅拌摩擦焊接的需求,采用小尺寸轴肩,在较低焊接载荷下进行搅拌摩擦焊接试验.?以单位面积焊缝热输入相同为控制原则,研究了搅拌头轴肩尺寸对2?mm厚2060-T8铝锂合金搅拌摩擦焊接过程压力、焊缝成形、接头微观组织及力学性能的影响.?结果表明,随着搅拌头轴肩尺寸的减小,所需焊接压力呈非线性下降,且...     

高性能复合材料铝基体的电磁搅拌半固态制备工艺

研究了低频旋转电磁场作用下,搅拌制度、搅拌时间、搅拌频率及搅拌电流对高性能复合材料AA7090合金基体半固态组织的影响。结果表明：无论是等温搅拌还是降温搅拌,其搅拌工艺参数对平均晶粒尺寸的影响规律完全相同：最佳工艺参数均为搅拌频率为6Hz、搅拌电流550A、搅拌时间为25min。但是,降温搅拌效果普遍优于等温搅拌。     

Microstructures of AZ91D alloy solidified during electromagnetic stirring

With the help of an electromagnetic stirring device self-made and alloy melt quenching technology, the effect of electromagnetic stirring parameters on the microstructures of semi-solid AZ91D alloy was mainly studied at the stirring frequency of 200 Hz. The experimental results show that when the stirring power rises, the primary α-Mg rosettes in the semi-solid melt will bear stronger man-made temperature fluctuation and the root remehing effect of the dendritic arms is promoted so that the spherical primary α-Mg grains become much more and rounder. If the stirring frequency is 200 Hz, the ideal semi-solid microstructure of AZ91D magnesium alloy can be obtained when the stirring power is increased to 6.0 kW. If the stirring frequency is 200 Hz and the stirring power is 6.0 kW, it is found that the lower cooling rate is favorable for the spherical primary α-Mg grains to be developed during the electromagnetic stirring stage. If the AZ91D magnesium alloy billet prepared during electromagnetic stirring at the stirring frequency of 200 Hz and the stirring power of 6.0 kW is reheated to the solidus and liquidus temperature region,the primary α-Mg grain‘s shape will get more spherical, so it is very advantageous to the semi-solid thixoforming process     

Manufacture technique of semi-solid slurry of hypoeutectic Al-Si alloy by low superheat pouring and weak electromagnetic stirring

Semi-solid metal (SSM) process is a relatively new technology that offers distinct advantages over other near-net-shape casting processes, such as a more homogeneous microstructure, less porosity and segregation, and improved mechanical properties[1-3]. SSM can be divided into thixoforming and rheoforming, in which rheoforming is usually advantageous from the point of view of an energy and cost saving when compared with thixoforming, so rheoforming has been paid attention again by engineers i…     

宽厚板铸机二冷区电磁搅拌工艺优化及长寿化攻关

通过对电磁搅拌辊磁场形成图、安装方式、电流应用值及搅拌方式对铸坯的冶金效果的深入分析,采取降低电磁搅拌电流及下移电搅辊安装位置等措施,可解决二冷区电磁搅拌在包钢宽厚板铸机应用过程中出现的搅拌不均、负偏析及启动时电磁干扰等问题,显著提升宽厚板铸坯的内部质量。同时改进电磁搅拌结构,有效提高其在线使用寿命。     

电磁搅拌下铝合金的力学性能研究

研究了无搅拌铸造和电磁搅拌铸造下的Al-24%Si过共晶合金和Al-6.6%Si亚共晶合金常温下的力学性能,并运用扫描电镜对其拉伸断口进行了分析。结果表明:在搅拌作用下凝固的合金相比同成分非搅拌时凝固的合金,Al-24%Si过共晶合金强度提高了约11%,伸长率提高了约12%;Al-6.6%Si亚共晶合金强度提高了约5%,伸长率提高了约46%。过共晶合金在相同搅拌强度下,其硬度是随着降温速率的增大而增大的。亚共晶合金在搅拌强度相同时,降温速率越小,硬度就越高;合金降温速率相同时,搅拌强度越高,硬度就越高。     

Research on semi-solid slurry of a hypoeutectic Al-Si alloy prepared by low superheat pouring and weak electromagnetic stirring

The semi-solid slurry of a hypoeutectic Al-Si alloy was manufactured by low superheat pouring and weak electromagnetic stirring. The effects of pouting temperature and stirring power on the semi-solid slurry were investigated. The results indicated that the semi-solid slurry to satisfy rheocasting can be manufactured by low superheat pouring and weak electromagnetic stirring. The pouring temperature （or superheat） and the stirring power remarkably affected the morphology of primary α-Al and the size of primary α-Al, and there is no obvious effect of stirring time on primary α-Al. Compared with the samples made by low superheat pouring with no stirring, the nucleation rate, particle morphology and grain size of primary α-Al in A356 were markedly improved by low superheat pouring and weak electromagnetic stirring. On the condition of weak electromagnetic stirring, the pouring temperature with low superheat can be suitably raised to reach the effectiveness obtained from the lower pouring temperature without stirring.