铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究现状及展望

搅拌摩擦焊作为一种新型的固相连接技术,具有优质、高效、节能、环境友好等优点,广泛应用于航空航天、船舶、轨道交通、汽车等工业领域。为了实现车体轻量化,铝-钢异种金属的搅拌摩擦焊研究得到越来越多的重视。从搅拌摩擦焊的工艺、组织及性能三个方面,对铝-钢异种金属搅拌摩擦焊的国内外研究现状进行综述。研究现状表明,通过控制界面金属间化合物的生成量,可得到高质量的铝-钢异种金属的搅拌摩擦对焊、搭焊及点焊接头,优化工艺参数下其拉伸性能可与母材相当,然而在铝-钢界面的精细结构表征和复杂应力状态下接头的力学性能方面还需要进一步的深入研究。此外,对未来铝-钢异种金属搅拌摩擦焊的研究方向进行展望。     

搅拌摩擦点焊技术在汽车行业的应用

随着汽车行业产品的轻量化发展,镁、铝等轻质合金被大量运用,其焊接技术亦为越来越多的工业制造商所关注,搅拌摩擦点焊技术是在搅拌摩擦焊技术的基础上衍生而来的一种适用于轻金属合金连接的新型的固相点焊技术。可以代替熔焊、激光焊、电阻点焊等多种焊接方法,而成为一种新型的搅拌摩擦焊方法。本文将对搅拌摩擦点焊的产生背景、基本原理以及在汽车行业的应用进行简述。     

基于FSW原理的金属/聚合物连接工艺及发展

金属/聚合物复合结构为工程轻量化设计提供了新的思路.搅拌摩擦焊及其衍生技术可以实现金属与聚合物的连接并获得优质的焊接接头.结合连接机制,综述了金属/聚合物复合结构搅拌摩擦焊国内外研究现状,在此基础上提出了未来金属/聚合物复合结构搅拌摩擦焊研究方向.     

铝-铜异种材料焊接工艺及其质量评价

论述了铝一铜异种材料的摩擦焊接、爆炸焊接、钎焊、冷压焊接等工艺方法的特点,总结了铝-铜异种材料焊接工艺的质量评价方法,并对铝-铜异种材料焊接工艺进行了展望。     

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。     

钢铝搅拌摩擦焊搭接接头的机械结合与冶金结合方式

为了在汽车制造业中实现节能环保的目的,铝合金在车身材料中的应用是实现汽车结构轻量化的重要途径。然而,钢/铝异种材料的连接问题尚未得到解决。考虑采用搅拌摩擦焊方法连接钢/铝异种材料,通过控制搅拌针的压入量,获得两种不同结合方式的接头:一种是搅拌针进入钢材中,形成机械+冶金结合的接头;另一种是搅拌针不进入钢材中,仅通过热传递的方式将摩擦热量传输到钢/铝冶金界面上形成冶金结合的接头。对形成的异种材料接头进行剪切测试和连接界面观察。研究结果表明,钢板上的镀锌层对钢/铝接头的形成具有重要影响。在机械+冶金结合的接头中,钢/铝之间的冶金界面层较厚,主要由Al、Zn元素组成;而在冶金结合接头中,界面层的厚度仅为2~3μm,且主要由Fe、Al元素组成,并对影响接头强度的影响因素进行探讨。     

Mg/Al异种金属焊接研究现状及发展方向

镁合金和铝合金性能优异,应用前景广阔,焊接技术约束其进一步发展应用。分析了镁、铝合金的焊接特点,综述了近年来镁/铝异种金属焊接方法,包括扩散焊、钎焊、搅拌摩擦焊、电子束焊、TIG焊、激光焊等,展望了镁/铝异种金属的焊接研究方向。     

无针搅拌摩擦点焊材料流动行为及其与接头宏观形貌、晶粒特征的相关性

搅拌摩擦焊接头材料流动行为是优化焊接工艺的根本所在,目前关于无针搅拌摩擦点焊流动行为尚未形成统一的认识。以0.02 mm镍箔为示踪材料,采用轴肩端面具有渐开线凹槽的无针搅拌头,改变旋转速度和焊接时间进行1.8 mm厚2198-T8铝锂合金搭接搅拌摩擦点焊试验,借助微焦点锥束三维CT设备、扫描电镜等测试手段,研究材料流动行为及其对接头宏观形貌、晶粒特征的影响。结果表明,轴肩下方的金属在轴肩挤压和摩擦热作用下先软化,以螺旋形向下向内流动形成搅拌区;随着焊接时间的延长,搅拌区金属向上和向外流动增强,致使搅拌区外缘界面翘曲,形成Hook缺陷。随旋转速度或焊接时间增大,搅拌区金属向下和向上向外流动加剧,焊核的深度和直径增大、晶粒更细小;下板金属软化程度加强,搅拌区外缘下板更多的塑化金属向上向外流动,致使Hook更翘曲。研究结果为深入了解无针搅拌摩擦点焊材料流动行为和优化焊接工艺提供了理论基础。     

超声辅助铝合金填充式搅拌摩擦点焊的仿真和试验研究

为了研究超声辅助对铝合金填充式搅拌摩擦点焊的影响,利用ABAQUS对超声辅助填充式搅拌摩擦点焊进行热力学仿真;利用自行研制的点焊装备分别对5A06、2A14、2219铝合金试片进行无超声、横向加超声以及轴向加超声三种不同的焊接试验,并对此三种超声加载方式下的焊点进行金相实验、抗拉试验和抗剪切试验。结果表明:辅助超声的引入可为点焊过程提供额外热输入;轴向加载超声可增强焊接区域材料的均匀性与一致性,一定程度上消除水平面弱连接,使得焊点抗剪性能提高,且不同材料的提高幅度不同;横向加载超声可使焊接区域的材料与周围材料产生流动交换,一定程度消除焊点竖直环面弱连接,使抗拉强度提升较大,并对不同材料的提高幅度不同。     

搅拌摩擦焊技术应用现状和发展趋势

文章对搅拌摩擦焊技术概况和技术特点进行了简要介绍,对搅拌摩擦焊技术在国内外的应用现状进行了分析,并预测了搅拌摩擦焊技术的发展趋势。文章认为,铝合金等轻金属连接是搅拌摩擦焊技术的主要应用领域。同时,在搅拌摩擦焊技术的基础上进行新技术（如表面改性、材料制备和搅拌摩擦点焊等）的开发,是该技术的一个很重要的发展趋势。     

螺纹铆钉式搅拌摩擦铆焊塑性连接机理及接头力学性能研究

为了获得铝合金板材高性能点连接接头,兼顾机械连接与固相焊接的技术优势,采用不同焊具开展了铝合金板材搅拌摩擦铆焊试验。对比研究铆焊成形力、接头形貌及塑性变形机理和力学性能及失效行为,以期阐明螺纹铆钉式搅拌摩擦铆焊工艺对接头性能的强化机制。结果表明：搅拌摩擦铆焊过程中,随工具头位移变化,铆焊成形力呈先迅速增大、达到峰值后在一定范围内保持最后迅速降低的变化趋势;螺纹铆钉搅拌摩擦铆焊接头上下板材之间形成了冶金结合,螺纹铆钉与塑化材料之间形成机械连接;轴肩下方上板的有效板厚、搅拌区的有效结合宽度以及铆钉与被焊材料的有效铆合高度是影响螺纹铆钉搅拌摩擦铆焊接头力学性能的关键技术参数;螺纹铆钉搅拌摩擦铆焊接头的拉伸剪切峰值载荷达到了传统搅拌摩擦点焊接头的1.65倍,十字拉伸峰值载荷达到了传统搅拌摩擦点焊接头的2.7倍。     

先进的搅拌摩擦焊技术

搅拌摩擦焊(FSW)是英国焊接研究所20世纪90年代初发明并拥有专利权的一种固相塑性连接技术。目前,国内外研究较多的是各种铝及铝合金的搅拌摩擦焊。(1)搅拌摩擦焊原理及特点与常规摩擦焊一样,搅拌摩擦焊也是利用摩擦热作为焊接热源。不同之处在于,搅拌摩擦焊的焊接过程是由一个带有探针和轴肩的特殊形式的搅拌头来完成的,如附图所示。先将探针插入被焊接板     

搅拌摩擦焊工艺与机理的研究

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磨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。本文在总结搅拌摩擦焊研究成果的基础上，论述了搅拌摩擦焊的基本原理和特点，阐述了近年来国内外搅拌摩擦焊工艺参数、接头微观组织、焊接成形机理等方面的研究现状，并展望FSW的应用前景。     

汽车零部件制造中的焊接新技术应用

汽车是技术含量很高的产品,而焊接技术是汽车零部件制造业中很常见的一种工艺。21世纪汽车制造业将进一步推广,应用激光焊接技术,机器人焊接,搅拌摩擦点焊等先进技术和装备,以数字化、智能化、高效化、环保化、信息化的生产方式实现零部件的连接,适应汽车产品多样化、材料多元化、结构轻量化、生产高效化的要求。本文对今年来国内汽车制造业采用的先进焊接进行介绍。     

搅拌摩擦焊在新能源汽车电池下壳体焊接工艺中的应用

介绍了搅拌摩擦焊的原理及优点、电池下壳体的结构、搅拌摩擦焊系统及生产工艺流程,针对搅拌摩擦焊技术在新能源汽车电池下壳体焊接工艺中的应用,利用机器人搅拌摩擦焊对焊接工艺参数及母材连接方式进行了试验研究,得到优化后的主轴转速S、焊接速度F、下压力P及工件连接方式,提高了焊缝融合度和接头稳定性,且焊接接头的抗拉强度均能达到母材标准抗拉强度的70％以上,表明该工艺方法在焊接速度、节能环保和产品质量等方面具有一定的优势.     

搅拌摩擦焊中材料流动行为数值模拟的研究进展

搅拌摩擦焊是一种革命性的焊接技术。相比于熔化焊,搅拌摩擦焊在铝合金、镁合金等材料的焊接方面具有明显的优势。而搅拌摩擦焊过程中材料在熔化温度以下经历剧烈的塑性流动,这与传统焊接过程有着明显不同,因此非常有必要对搅拌摩擦焊过程中的材料流动行为进行研究。由于试验方法本身在空间与时间上的局限性,数值模拟成为研究搅拌摩擦焊过程中的材料流动行为的重要方法。分析搅拌摩擦焊过程中的物理过程,从数值方法、热源模型、边界摩擦模型、材料本构模型这四个方面介绍搅拌摩擦焊中材料流动行为的数值模拟的最新研究进展及相关应用。对当前搅拌摩擦焊材料流动模拟中存在的不足进行分析,提出未来研究中应关注的研究方向。     

铝-铜火焰钎焊材料的研究

以铝代铜是目前工业生产中为降低产品成本而广泛采用的方法,此方法的技术关键是铝—铜接头的焊接问题。铝铜焊接属于异种金属的焊接,两种材料性能之间的差异使其焊接性比同种金属要复杂的多。 铝铜熔点相差很大,应尽量避免熔化焊。目前,国内外使用的焊接方法主要有:冷压焊、摩擦焊、扩散焊、爆炸焊、电阻焊和电子束焊等。这些方法均需用专     

铝合金摩擦点焊工艺参数的优化

摩擦点焊是在搅拌摩擦焊基础上开发的1种新型固态连接技术.针对2 mm厚的LY12铝合金,采用正交试验设计方法对点焊工艺参数进行了优化.试验结果表明,搅拌头形状对焊点剪切强度的影响最显著,其次是焊接时间,搅拌头轴肩直径的影响最小.优化后的最佳工艺参数为：搅拌头旋转速度为2 500 r/min,焊接时间为12 s,轴肩直径为16 mm,搅拌头为探针带左螺纹圆柱形搅拌头.采用优化后的最佳工艺参数进行焊接,焊点的剪切强度达为9.24 kN,比优化前焊点最佳剪切强度提高了5.06%,是电阻点焊焊点剪切强度的1.5倍,是铆接接头剪切强度的2.5倍.     

钛铝系合金与镍基高温合金异种连接技术研究进展

钛铝系合金是未来极具应用潜力的航空航天用轻质高温结构材料,解决其与镍基高温合金之间的连接问题可以满足复合结构减重的需要。由于在化学成分和物理性能等方面存在较大差异,实现两种材料的良好连接比较困难。在分析大量文献的基础上,评述国内外关于这两类异质材料连接技术的研究进展,焊接方法主要涉及熔化焊、钎焊以及扩散焊。熔焊连接获得的接头强度较低,钎焊连接中多采用传统钎料,缺乏对高温钎料的研制,而扩散焊用中间层合金的设计及其本身的高温性能,都是需要进一步研究的重要问题。解决钛铝系合金与镍基高温合金的连接问题,并获得具有良好综合性能的连接接头,对于实现钛铝系轻质耐高温合金的工程化应用具有重要的意义。     

搅拌摩擦焊材料流动的试验表征研究现状

搅拌摩擦焊作为一种较新的固相连接技术,在航空航天、高速列车、汽车、船舶等机械制造领域中具有广阔的应用前景。充分认识搅拌摩擦焊接过程中的塑性材料流动,对于深刻理解焊缝成形机理、优化焊接工艺具有重要的理论指导意义。综述了当前搅拌摩擦焊塑性材料流动的试验表征技术研究现状,重点分析了采用"点"、"线"、"面"和"体"形标记材料来研究塑性材料流动的优缺点。在此基础上,综述了搅拌摩擦焊缝成形机理的研究现状,探讨了关于材料流动的尚未有效解决的关键科学问题。