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。     

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。     

搅拌摩擦焊焊接温度数值模型及其影响因素

通过对搅拌摩擦焊过程进入稳定状态后摩擦产热与散热机制的分析,建立了搅拌摩擦焊焊接温度的数值模型。由数值模型可知,影响焊接温度的各种因素包括被焊材料和搅拌工具材料的物理性质、两者之间的摩擦因数、搅拌工具的尺寸、焊接参数、被焊材料表面受到的轴向压力和侧面受到的进给压力等,有些因素之间还互相影响,关系复杂。其中,搅拌工具的旋转速度、搅拌工具与被焊材料之间的摩擦因数、被焊材料表面受到的轴向压力及侧面受到的进给压力是主要因素。以聚氯乙稀板材搅拌摩擦焊为例,验证了在适当的取值范围内焊接温度数学模型的理论计算值与实测值基本吻合。     

轨道车辆铝合金地板搅拌摩擦焊残余状态分析

搅拌摩擦焊作为一种先进的固相焊接技术,以其针对铝合金材料焊接效率高、焊后缺陷小、环境污染小等优点被逐渐地广泛应用。但是目前缺乏搅拌摩擦焊焊接中力学过程的研究,也鲜有力学过程对于焊缝残余状态影响的资料,不利于搅拌摩擦焊的推广应用。因此,本文以某型地铁车辆铝合金地板的焊接为研究对象,对搅拌摩擦焊工作原理及焊缝残余状态规律进行了分析,总结了摩擦焊接过程中的力学规律与导致焊缝残余应力不对称分布的原因。     

2014铝合金搅拌摩擦焊接过程数值模拟

将搅拌摩擦焊接过程中材料的流动看作是层流、粘性、非牛顿流体绕过旋转的搅拌头探针,并基于流体力学理论,建立了三维搅拌摩擦焊缝金属塑性流动的数值分析模型。提出了一种联合粘度场、速度场对焊接区域进行划分的方法:搅拌头周围的η0(材料粘度值)内易流动区域对应于焊核,η0外围与η1粘度带之间的区域对应于TMAZ区。三维模拟中材料的垂直方向流动与“标记嵌入技术”流变可视化试验结果吻合较好:靠近探针的区域内,回撤边中下部的材料向上运动,前进边中下部材料向下运动。焊接速度过高,搅拌头轴肩与探针过渡处的易流动区容易发生材料的分离运动,实际焊接中在此处容易产生空洞缺陷。     

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.     

铝合金搅拌摩擦焊的应用现状与发展趋势

一、概述 1991年英国焊接研究所(TWI)发明了搅拌摩擦焊(FSW),从此以后,基于这种固相连接技术的明显优越性,例如:优良的接头力学性能,不需要填充焊接材料,没有焊接烟尘和飞溅,很少的焊前准备和焊接变形等,在世界范围内的国际合作中开展了大量的研究和开发工作。另外,搅拌摩擦焊可以焊接各种铝合金材料,甚至以前所谓的不可     

一种回抽复合式搅拌摩擦焊动静压电主轴的结构设计

对搅拌摩擦焊技术和动静压电主轴技术进行了简要介绍,结合目前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,设计研发一种新型的回抽复合式搅拌摩擦焊动静压电主轴,采用动静压液体轴承、联轴器和直线轴承,主轴具有回抽功能,通过分离式搅拌头的使用,较好地解决了搅拌摩擦焊接结束后工件存在的"匙孔"的问题,提高主轴的承载能力、精度,能够长时间持续摩擦搅拌焊接,同时搅拌头更换便捷,经国家检测机构鉴定,达到设计标准。     

搅拌摩擦焊工具的研究现状

搅拌焊工具技术是搅拌摩擦焊工艺最重要的因素。搅拌焊工具主要由肩部和焊针组成，焊接薄板时，旋转的肩部和工件之间摩擦产生的热量是主要热源，而随着板厚的增加，更多的热量必须靠旋转的焊针和工件摩擦产生。焊接工具的主要作用是保证连接区材料产生足够的塑性变形，并控制焊针周围塑性体的流动，形成优质的焊接接头。     

基于UG信息的机器人搅拌摩擦焊离线编程

由于搅拌摩擦焊具有工艺锻压后倾角的特性，常用的机器人位置，方位控制指令及通用的离线编程软件不能很好的解决机器人搅拌摩擦焊三维空间曲线焊接程序的编程，基于此目的，开发了一种基于UG代码信息及VB程序后续处理的方法进行三维空间曲线机器人搅拌摩擦焊焊接程序的离线编程。     

搅拌摩擦焊——现代制造技术的新星

搅拌摩擦焊是一种固态的焊接方法。搅拌摩擦焊技术与传统熔化焊相比,是一种清洁加工制造技术。本文主要从搅拌摩擦焊的基本原理、优点、国内外研究现状及发展趋势等方面,对该技术进行了阐述。     

铝合金摩擦焊接技术研究现状及发展趋势

针对铝合金焊接特点及存在的问题,重点介绍了连续驱动摩擦焊、搅拌摩擦焊的技术特点和研究现状,对铝合金摩擦焊接技术的发展趋势进行了展望。     

材料性能对铝合金搅拌摩擦焊焊缝成形的影响

自搅拌摩擦焊被发明以来,其在航空、航天、船舶、轨道交通、汽车和电力电子等各个领域得到了广泛应用。特别是近年来,汽车行业发展迅速,为满足车身轻量化的需求,搅拌摩擦焊成为重要的技术手段。本文介绍了搅拌摩擦焊的原理和特点,分析了不同被焊材料、热处理状态及预热温度对搅拌摩擦焊接中的接头和微观组织的影响。     

铝合金搅拌摩擦接头的熔焊工艺研究

搅拌摩擦焊接(FSW)技术从发明至今得到了迅速发展,目前铝合金材料的搅拌摩擦焊工程化已分别应用至航空航天、轨道车辆等领域,但在这些领域里其工艺制造方面有待进一步探索和完善。本文从工艺研究角度,分析6005A铝合金材料的搅拌摩擦焊缝表面进行MIG熔焊工艺特性,对其接头的机械性能进行研究,并得出铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头的熔焊可行性,为搅拌摩擦技术的工程化应用提供依据。     

铝合金搅拌摩擦焊技术研究

论述了搅拌摩擦焊的焊接方法、工艺过程和基本原理；通过大量的工艺参数优化，解决了焊缝中的孔洞问题，使ＬＦ６板材搅拌摩擦焊的焊缝达到与母材等强，ＬＹ１２焊后未经热处理，连接强度接近母材的８０（。由金相分析可以看出，搅拌摩擦焊属于固相连接，焊缝晶粒细小，无气孔、夹杂、裂纹等焊接缺陷。初步应力测试发现，搅拌摩擦焊焊缝比熔焊焊缝的残余应力低。试验研究结果表明，搅拌摩擦焊焊接过程稳定可靠，焊接接头性能良好，具有广泛的应用前景。     

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。     

高强铝合金FSW拼焊板变形规律与成形技术

铝合金拼焊成形技术兼具有材料和结构双重轻量化效果,在汽车轻量化发展趋势下,拥有巨大的应用前景。研究铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能,建立搅拌摩擦焊接头的有限元模型,试验结合力学计算研究搅拌摩擦焊接头的塑性变形规律。结果发现:铝合金搅拌摩擦焊接头具有明显的力学性能不均匀性,搅拌摩擦焊接头在拉伸过程中热影响区最先发生屈服和颈缩;焊后热处理和高温成形可以显著提高拼焊板的成形性和力学性能。2024铝合金搅拌摩擦焊拼焊板的最佳成形温度为450℃,固溶处理后接头未发现晶粒异常长大现象,热冲压时引入的变形与成形后的时效相结合,产生形变时效的强化效果,可获得高强度的汽车拼焊构件。     

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。     

搅拌摩擦焊的温度分析

在介绍一种新型固相连接技术-搅拌摩擦焊技术的基础上，重点分析了搅拌摩擦焊的工艺规范对温度的影响。搅拌摩擦焊的搅拌工艺规范对焊接不同区域的温度有较大的影响。     

镁合金焊接技术的现状及最新进展

综述了镁合金常用焊接方法、工艺特点及应用情况,着重介绍了搅拌摩擦焊接技术的原理、工艺及设备。对搅拌摩擦焊在镁合金中的应用作了比较详尽的总结,展望了镁合金焊接的前景。