新能源汽车结构轻量化关键工艺的研究

基于《节能与新能源汽车技术路线图》,从焊接工艺和成形工艺两方面对新能源汽车结构轻量化的关键工艺进行研究。介绍了激光拼焊板、铝合金拼焊板、冷金属过渡焊接、异种金属点焊,分析了连续变截面板成形与内高压成形,为相关行业和技术人员提供参考。     

2219铝合金搅拌摩擦焊工艺及接头性能

采用搅拌摩擦焊方法对6 mm厚的2219铝合金板进行焊接,研究了2219铝合金的搅拌摩擦焊工艺和主要焊接参数对焊缝成形和接头力学性能的影响.结果表明:在旋转速度1250～1400 r·min-1,焊接速度100～140 mm·min-1时,可获得性能良好的焊接接头;对2219铝合金搅拌摩擦焊接后再固溶时效处理可有效消除接头软化区,提高接头强度.     

高速列车用6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊工艺研究

研究了工艺参数对6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊接头焊缝成形、微观组织以及力学性能的影响。结果表明,焊接速度以及搅拌头转速对接头力学性能具有明显影响。在焊接速度一定时,随着转速提高,接头力学性能提高,这与焊核区和热机影响区的固溶强化和塑性变形导致的位错密度增加有关;继续增大转速,接头力学性能下降,这是由于过大的热输入导致接头产生过时效现象。热影响区一直存在过时效现象导致其为接头的薄弱区域,拉伸试样断裂于该区域。在转速一定时,接头力学性能随焊接速度增大而增大。在本实验条件下,抗拉强度最大值为238 MPa,最小为214 MPa,分别达到母材的82.1%、73.8%。     

6005-T6铝合金搅拌摩擦焊接微观组织演变计算及力学性能预测

基于Al-Mg-Si系铝合金等温及非等温过程的微观结构演变规律,建立沉淀相粒子微观组织演变模型,包括沉淀相粒子的形核、长大、溶解以及粗化阶段。结合基于自适应网格重剖分的有限元热力耦合模型建立的6005-T6铝合金搅拌摩擦焊接的数值模拟,建立搅拌摩擦焊接过程中对于该种合金的组织演变和强化模型。通过充分考虑了固溶强化、沉淀强化对力学性能的影响,预测了AA6005-T6铝合金焊接接头组织的沉淀相变化及力学性能变化,预测结果与试验验证结果吻合良好。通过模拟计算焊后人工时效研究表明:焊接状态下焊接接头的软化区域在焊接核心区域范围;经过焊后人工时效后的接头软化区域集中在热影响区域,而焊接核心区域通过焊后人工时效后再次析出沉淀相,强度得到恢复。     

7020T6铝合金搅拌摩擦焊接工艺研究

采用搅拌摩擦焊方法焊接7020T6铝合金,研究搅拌头旋转速度和焊接速度对焊接表面成形质量、金相组织和焊接接头硬度分布的影响。在此基础上得出用搅拌摩擦方法焊接7020T6铝合金的理想工艺参数。     

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。     

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     

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。     

搅拌摩擦焊多平面搅拌头对材料流动行为的影响

与传统熔化焊相比,搅拌摩擦焊(Frictionstirwelding, FSW)因温度梯度较小,可以减少焊接裂纹和残余变形,是一种极具前途的铝合金固相焊接方法。相同焊接工艺参数下,搅拌头是影响焊接热输入和材料流动的主要因素之一,决定焊缝的组织与性能。基于固体力学有限元法和A7N01铝合金材料本构方程,建立基于Deform软件搅拌摩擦焊刚黏塑性仿真模型,并通过焊接试验的测温曲线和试验缺陷完成了模型验证,对比分析了圆台、三平面、四平面搅拌头平面对搅拌摩擦焊稳态焊接阶段的温度场、峰值温度曲线和材料流动行为的影响。结果表明,多平面搅拌头的焊接热输入高于圆台搅拌头,在材料塑性流动范围、流动均匀性和有效焊缝等指标方面优于圆台搅拌头。搅拌头的平面特征在材料流动过程中能够起到明显的挤压作用,从而细化焊缝区的晶粒,提高焊接接头的力学性能。基于仿真和试验结果分析,揭示了焊接犁沟缺陷的成因,并提出了预防措施。     

采用Taguchi方法的铝合金拼焊板成形性能比较研究

本论文研究了不同焊接方法、接触配置和厚度差异对铝合金拼焊板成形性能极限拱顶高度（Limiting dome height,LDH）值的影响,并采用Taguchi方法对3种影响因素进行了分析。结果表明：对于异种厚度的铝合金拼焊板,Face配置时的LDH值要小于Root配置时的LDH值,与焊接方法无关;激光焊接的LDH值要小于搅拌摩擦焊接的LDH值,与配置方式无关。对于同种厚度的铝合金拼焊板,LDH值都大于异种厚度时的LDH值,与配置方式无关;且Face配置时的LDH值仍然小于Root配置时的LDH值。厚度差异是影响铝合金拼焊板LDH值最主要的因素,接触配置对LDH值的影响较小,对LDH值影响最小的是焊接方法。     

焊铣复合工艺在铝合金加工中的应用

铝合金以其高比强度、比刚度,优异的耐腐蚀、导热、导电性能,广泛应用于航空航天、汽车制造和3C等工业领域。其焊接、铸造、成形和机械加工工艺一直是各大科研院所及相关高新技术企业的研究热点。搅拌摩擦焊因其热输入低、变形小、残余应力低等特点,特别适用于铝合金焊接,应用越来越广泛。采用双轴肩搅拌头的搅拌磨擦焊,可以实现无刚性固定、无匙孔焊接。分析搅拌摩擦焊机与数控加工中心这2种设备的结构和控制特性,将2种功能集成在一台设备上,可将搅拌摩擦焊与机械加工优势有效结合起来。这种焊铣复合工艺可减少工序流转、多次装夹定位等问题,大幅提高铝合金产品制造的自动化水平,提高生产效率。     

拼焊板前纵梁充液拉深数值模拟研究

拼焊板技术作为一项新的板料成形技术,兼有汽车覆盖件分离成形和整体成形的优点,对汽车轻量化的研究具有重要的现实意义。然而,由于拼焊板两侧材料性能及厚度差等因素都会使其成形性能与传统光板的成形     

静轴肩FSW铝合金6061-T4板的T形接头组织特征及动静载特性研究

利用自主开发的静止轴肩焊接工具及工装,在不同的焊接参数下均获得到了外观成形良好、无焊接缺陷的T形接头,并对接头内部成形、显微组织、硬度、静载强度和疲劳性能及疲劳失效机制进行了研究。研究结果表明铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊T性接头内部质量良好,无缺陷,接头表面存在表面超细晶区,且焊核区内部由于流动状态不同导致组织及硬度存在一定差异,T形接头底板及筋板硬度较母材有不同程度的降低,底板和筋板拉伸试验均断裂于接头热影响区,在优化的参数下底板和筋板方向的接头系数均高于0.7,在2×10⁶疲劳寿命下的特征疲劳强度可达101.0 MPa,远高于IIW建议的设计准则。焊接速度对接头疲劳性能及疲劳失效机制影响较大,疲劳裂纹萌生于T形接头底板和筋板过渡处,低焊速时断裂机制为穿晶断裂,高焊速时由于晶界稳定性差,断口呈现穿晶断裂和晶间断裂的混合形貌。完成了铝合金T形接头的无缺陷焊接及组织性能研究,为铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊T形接头在新型轻量化航天器密封舱结构中的应用提供了技术支撑。     

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。     

搅拌摩擦焊和热处理复合工艺对2219铝合金组织性能的影响

研究了不同时效温度和时间对2219铝合金组织性能的影响,对比了搅拌摩擦焊-固溶-时效、固溶-搅拌摩擦焊-时效、固溶-时效-搅拌摩擦焊这三种复合工艺所得2219铝合金的力学性能。结果表明,2219铝合金最佳时效工艺是180℃/6h,其抗拉强度为386MPa,断后延伸率为24.8%,该工艺所得微观组织中晶界上没有位错和第二相粒子,晶内弥散着细小的θ″相。最佳复合工艺方案为搅拌摩擦焊-固溶-时效,所得2219铝合金抗拉强度为380MPa,断后延伸率为15.4%。该工艺所得焊缝组织晶粒异常长大,薄弱区为热影响区,单向拉伸所得断口的韧窝较大较深,底部存在着第二相粒子。     

搅拌摩擦焊工艺参数对LY12铝合金接头组织和力学性能的影响

利用正交试验法研究了搅拌摩擦焊工艺参数对LY12铝合金接头组织和力学性能的影响.结果表明:搅拌头轴肩直径对接头抗拉强度的影响大于搅拌头旋转速度和焊接速度对接头强度的影响;当焊接工艺参数匹配合理时,接头热输入量适当,焊核晶粒组织为细小均匀的等轴晶,接头抗拉强度大于350MPa,接头强度系数高达86%.     

L6-LY12搅拌摩擦焊接头组织性能分析

由于异种金属化学、物理性能明显不同 ,所以用传统的焊接方法焊接时会遇到许多困难。本文通过大量的实验 ,对纯铝板 铝合金板用新兴的搅拌摩擦焊接工艺进行实验研究 ,制定了正确的焊接工艺和采取特殊的措施 ,并且获得了优质的焊接接头 ,最后对其金相组织及力学性能进行了比较深入地分析。试验结果表明 :L6 LY12搅拌摩擦焊接焊合区可获得经过动态再结晶的细晶组织。优化工艺参数 ,可以获得具有良好机械性能的搅拌摩擦焊接头。     

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。     

7075-T6铝合金搅拌摩擦焊组织及性能分析

选用旋转速度400～500 rpm、焊接速度100～140 mm/min的工艺参数对厚度16 mm的7075-T6铝合金板进行搅拌摩擦焊接,分析并讨论焊接接头的显微组织及力学性能.结果表明,7075-T6搅拌摩擦焊焊接接头由焊核区、轴肩影响区、热机影响区和热影响区组成.焊核区及轴肩影响区为细小的再结晶等轴晶组织;热机影...     

铝合金搅拌摩擦焊电主轴的结构设计与分析

对铝合金搅拌摩擦焊技术和电主轴技术进行了简要介绍,结合目前铝合金搅拌摩擦焊实际焊接过程中存在的不足及今后的发展趋势,在分析研究电主轴单元关键技术的基础上,设计研发一种新型的中空冷却自动调节负荷铝合金搅拌摩擦焊专用电主轴,较好地解决了铝合金搅拌摩擦焊接过程存在的主轴长时间工作出现的温升高、转轴承载负荷过大和搅拌头损坏后不能及时更换等问题,实现了主轴持续焊接冷却散热及时、拌头快速更换、转轴承载自动调整。经国家检测机构鉴定,达到设计标准。