钛合金搅拌摩擦焊接最新研究进展

钛合金具有密度低、比强度高,耐蚀性好,加工性能优异等优点,主要应用于航空航天、交通运输和石油化工等领域。当钛合金作为结构材料应用在不同领域时,传统的熔融焊接方法会产生较大残余应力,组织粗化,变形大,裂纹和孔隙等缺陷;而采用搅拌摩擦焊接技术可以避免传统熔融焊接方法产生的缺陷,从而大幅度提高钛合金焊接接头质量。目前,钛合金的搅拌摩擦焊接技术已成为国内外研究热点。主要介绍搅拌摩擦焊接的原理、工艺特点,国内外关于钛合金FSW焊接接头的宏观形貌、微观组织(晶粒大小、织构)和力学性能等方面的最新研究进展,最后展望了钛合金FSW未来的研究方向。     

钛合金的搅拌摩擦焊探索

通过对钛合金热物理性能分析，比较了钛合金的搅拌摩擦焊特性；针对钛合金的特点特别设计和使用了可以满足钛合金搅拌摩擦焊的搅拌头、垫板、冷却和保护装置等；并且对Ti-6Al-4V钛合金的搅拌摩擦焊焊缝和接头进行了观察分析，还对接头力学性能进行了测试，初步试验结果表明搅拌摩擦焊可以实现钛合金焊接，接头强度可以达到母材强度90％以上，但是搅拌摩擦焊工艺、参数、搅拌头还需要进一步优化，性能指标还可以进一步提高。     

TC11钛合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能

本文在不同转速下开展了TC11钛合金搅拌摩擦焊试验,分析了接头的微观组织和力学性能,建立了焊接工艺、接头组织与性能之间的内在联系。接头SZ为完全的β转变组织,其细小晶界α相和晶内片层状α+β相以及针状α′相的双重强化作用,致使SZ硬度最高。HAZ和TMAZ均由残余初始α相和β转变组织组成,但后者具有一定的流变特征,且距SZ越近,转变组织占比越大,强化效果越明显。随着转速的上升,SZ中晶界α相和晶内片层状α+β相的尺寸增加,晶内针状α′相的含量降低,这引起了其硬度的降低。与硬度规律相同,各转速下接头拉伸均断裂在BM,且各转速下SZ抗拉强度明显高于BM,并随转速上升而下降。此外,SZ中细小的晶界α相和晶内片层状α+β相,也导致各转速下SZ延伸率高于BM,使其展现出良好的塑性,且随着转速上升,因晶界α相和晶内片层状α+β相尺寸增加,SZ延伸率有所降低。     

铜的搅拌摩擦焊研究

采用搅拌摩擦焊技术焊接铜克服了传统熔焊的缺点,使接头具有优良的件能,.因而具有广阔的应用前景.文中从微观组织与流动行为、上艺参数与接头性能以及热循环与温度场分析三个方面.系统介绍铜的搅拌摩擦焊的研究进展,为进行相关研究提供参考依据.综合分析表明,铜的搅拌摩擦焊接头组织分为焊核区、热机影响区热影响区,某些情况下热机影响区或热影响区不明显,而洋葱环的出现与否与焊接参数有关,接头强度略低于母材,接头焊核区的硬度最高,但也出现软化现象.轴肩摩擦产热足最主要的热量来源,距母材表面不同深度处的温度随距离和时间的变化存在较大差异.     

TC4钛合金薄板的搅拌摩擦焊研究

本文采用搅拌摩擦焊接工艺对航空航天工业应用最广泛的TC4钛合金进行了焊接,设计了用于钛合金搅拌摩擦焊的气体保护装置,确定了合适的搅拌摩擦焊工艺参数。对其焊缝的成形特点、组织特征和力学性能进行分析。结果表明,当旋转速度为475rpm、焊接速度为23．5mm／min、搅拌头倾角为3°时,可获得表面成形良好的焊缝;搅拌头在焊接过程中的磨损较为严重。     

自持式搅拌摩擦焊研究

文中综述了自持式搅拌摩擦焊的研究现状和存在的不足,主要涉及自持式搅拌摩擦焊原理、搅拌头结构、微观组织、温度场以及力学性能等几方面内容。指出了自持式搅拌摩擦焊接头的焊缝成形、温度场分布以及力学性能等特征。在此基础上提出了进一步的研究方向。     

铝-铜的搅拌摩擦焊研究

搅拌摩擦焊是一种新型的固相连接方法.在铝一铜等异种材料连接方面具有潜在的应用前景.从焊接工艺、接头性能与微观组织等方面,介绍了铝一铜搅拌摩擦焊的研究进展,为进行相关技术研究提供了参考依据.分析表明.铝-铜搅拌摩擦焊的工艺参数范嗣较窄,接头力学性能有待提高;铝、铜流动特性差异的存在,导致焊核两侧呈现不同的结构;接头中存在多种金属间化合物,其分布形态、尺寸和数量对接头性能有较大影响.     

搅拌摩擦焊及其研究现状

搅拌摩擦焊是20世纪90年代初发明的一种固相连接技术，可以焊接通常 熔焊方法难以焊接的铝合金、钛合金等，并且具有一系列独特的优点，介绍了搅拌摩擦焊的工艺过程，分析了搅拌摩擦焊的特点、焊缝组织和性能以及影响搅拌摩擦焊的因素，综述了搅拌摩擦焊的国内外研究现状。     

铝合金搅拌摩擦焊焊核紊流区及性能分析

采用搅拌摩擦焊方法对2219-T6铝合金进行焊接,对焊接接头的宏观形貌、微观组织、抗拉强度进行了分析,并通过对焊核塑性金属的流动状态进行分析,研究了搅拌摩擦焊接头强度弱化的原因. 结果表明,焊核根据流态可分为3个不同的区域,其中靠前进侧存在一个性能薄弱的B区域,该区的产生是抽吸挤压作用不平衡的结果,也是塑性金属向上回流通道. 该区具有较大的塑性损伤,易产生疏松缺陷及界面突变,晶粒具有较大的热不稳定性,是造成接头强度低于母材的主要原因之一. 通过高温短时的再结晶热处理工艺可以恢复该区域的强韧性,消除弱化问题.     

AZ31镁合金搅拌摩擦焊

研究了AZ31镁合金搅拌摩擦焊的焊缝成形、微观组织和力学性能.试验结果表明,随着旋转速度的增加,焊缝金属的塑性流动得到改善,孔洞消失;随着焊接速度的提高,焊核区晶体的动态再结晶得到抑制,晶粒被细化.最佳的工艺参数:旋转速度1 000 r/min,焊接速度45 mm/min,接头抗拉强度系数可达63.7％.     

镁合金搅拌摩擦焊接技术的研究进展

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进端向后部塑性流动,从而使待焊件压焊为一个整体.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.综述了镁合金搅拌摩擦焊接技术的新进展,并对镁合金搅拌摩擦焊接技术的发展进行了展望.     

Progress in friction stir welding of Ni alloys

In recent years, interest has been increasing in application of Nickel alloys in the oil industry. For subsea engineering, the possibility to weld high-strength materials in an effective manner is essential. Friction Stir Welding (FSW) is alternative to join several materials retaining their properties or even improving them. This fact is relevant for Corrosion-Resistant Alloys (CRA) used in deep-water exploitation of hydrocarbons. Publications up to now have focused on FSW of Inconel® series as alloy 600, 625, and 718. To provide a solid basis for development, this review discusses the crucial points for FSW. The tool materials are described, as well as the joint microstructure and properties achieved. Furthermore, the basics of the corrosion resistance and the early corrosion studies of FSW joints are presented. It is concluded that FSW is a promising process for Ni alloys, but depends on upcoming research regarding tool technology and corrosion investigations.     

钛合金/铝合金搅拌摩擦焊接头的显微组织

采用搅拌摩擦焊对TC1钛合金和LF6铝合金异种金属进行焊接,采用金相、扫描电镜和能谱观察分析焊接接头的组织.结果表明:搅拌摩擦焊接头中,钛合金母材与焊核的界面凸凹不平,边界处存在白亮颗粒,而铝合金母材与焊核的界面光滑、平整;焊核区铝合金基体上分布大小不等的颗粒,这种颗粒有两种类型,一种颗粒的尺寸较小、呈细长条状,另一种颗粒尺寸较大,整体呈暗灰色、边缘有少量发亮的条带.两种颗粒中均有Ti-Al金属间化合物存在;钛合金/铝合金异种材料焊接时,搅拌头的磨损很严重,在焊核和铝合金母材的边界存在搅拌头磨损后脱落的颗粒.     

Modeling friction stir welding process of aluminum alloys

The friction stir welding (FSW) process of aluminum alloys has been modeled using a two-dimensional Eulerian formulation. Velocity field and temperature distribution are strongly coupled and solved together using a standard finite element scheme. A scalar state variable for hardening is also integrated using a streamline integration method along streamlines. A viscoplastic constitutive equation to consider plastic flow and strength variations was implemented for the process modeling. Precipitates inside AA6061 alloys are sensitive to elevated temperatures and affect strength evolution with temperature. The overall effects of the precipitate variations with temperature on strength were reflected using temperature-dependent material parameters. The material parameters of constitutive equations were obtained from isothermal compression tests of various temperatures and strain rates. The effects of FSW process conditions on heating and hardening were investigated mainly near the tool pin. The microhardness distribution of the weld zone was compared with the prediction of strength. In addition, crystallographic texture evolutions were also predicted and compared with the experimental results.     

CDRX modelling in friction stir welding of aluminium alloys

In the paper a numerical model aimed to the determination of the average grain size due to continuous dynamic recrystallization phenomena (CDRX) in friction stir welding processes of AA6082 T6 aluminum alloys is presented. In particular, the utilized model takes into account the local effects of strain, strain rate and temperature; an inverse identification approach, based on a linear regression procedure, is utilized in order to develop the proper material characterization.     

静止轴肩搅拌摩擦焊的研究进展

综述了静止轴肩搅拌摩擦焊的研究进展,主要涉及静止轴肩搅拌摩擦焊的基本原理以及高转速、常规转速和角焊缝的静止轴肩搅拌摩擦焊等内容.高旋转频率的静止轴肩搅拌摩擦焊在降低焊接载荷的同时,能够减小、甚至消除飞边和孔洞缺陷.常规旋转频率的静止轴肩搅拌摩擦焊可获得沿板厚方向更均匀的焊缝组织,适合于热导率差的钛合金的焊接.设计与两侧板面完全贴合的静止轴肩,以角焊缝的形式实现T形接头的焊接,拓宽了搅拌摩擦焊的应用范围.无论是高旋转频率、常规旋转频率还是角焊缝的静止轴肩搅拌摩擦焊,都存在搅拌头的磨损和过热问题,尚需开展深入、系统的研究.