T型接头角接静轴肩搅拌摩擦焊缺陷研究

通过一系列工艺参数试验,获得无缺陷的T型接头焊缝。针对缺陷的形成,重点分析三种不同的搅拌针,即圆锥光针、圆锥螺纹针和短圆柱光针,对6 mm厚的6082-T6铝合金T型接头从内角角焊缝进行静轴肩搅拌摩擦焊接,并分析对应的焊缝产生的宏观缺陷。发现角接静轴肩搅拌摩擦焊容易在前进侧产生孔洞或沟槽缺陷。进一步分析发现,缺陷的产生受T接搅拌针和T接静轴肩的影响,在搅拌头周围,受T接静轴肩和T接搅拌针上部的影响,会形成搅拌针上部塑性流动区域,受搅拌针下部的影响,会形成搅拌针下部塑性流动区域.通过研究提出:搅拌针下部的孔洞缺陷可以通过采用螺纹的锥形搅拌针进行消除。而搅拌针上部的孔洞缺陷受到90°的T接静轴肩几何形状的影响流动能力较弱,通过倾角的改变可获得无缺陷的焊缝,并且对其缺陷形成机制的物理模型进行分析。     

焊接参数对搅拌摩擦焊焊缝形貌的影响

研究了搅拌摩擦焊工艺参数对LY12铝合金焊缝形貌的影响。研究结果表明：采用左螺纹圆柱搅拌头进行焊接时,形成的焊核关于搅拌针中心不对称,回撤边塑性金属迁移程度大于前进边;搅拌头旋转速度和轴肩下压量相同时,增大焊接速度可使回撤边塑性金属向上迁移程度减弱,使焊核宽度及焊核中心偏向回撤边距离减小;搅拌头旋转速度和焊接速度相同时,增大轴肩下压量可使焊核宽度和焊核中心偏向回撤边的距离增大,使回撤边塑性金属向上迁移程度先增大后减小。     

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.     

搅拌摩擦焊返工工艺研究

介绍了搅拌摩擦焊在轨道交通车辆侧墙制造应用中出现的平面度超差、焊接缺陷等质量问题,通过对侧墙板搅拌摩擦焊焊缝使用搅拌摩擦焊调平、弧焊补焊、重复焊接等方法进行返工,对返工后的接头进行宏观试验、拉伸试验和弯曲试验,并根据ISO25239对试验结果进行评判,最终确定对存在缺陷的搅拌摩擦焊焊缝进行返工的可行性。     

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。     

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。     

5A05铝合金薄板搅拌摩擦焊装配因素对焊缝质量的影响

文中通过5A05铝合金薄板搅拌摩擦焊对接试验,进行了力学性能分析和X射线探伤,研究接头错边量和间隙量对搅拌摩擦焊对接接头缺陷和力学性能的影响。试验结果表明当错边量大于0.5 mm或间隙量大于0.8 mm时焊缝力学性能下降并伴随下压量增大和缺陷的产生,接头缺陷与拉伸试验断裂部位大多在焊缝前进侧。错边量和间隙量对铝合金薄板搅拌摩擦焊对接接头力学性能及内部质量有重要影响,为保证焊接生产质量,搅拌摩擦焊焊接过程中应该严格控制接头错边量和间隙量。     

2198-T3S铝锂合金组合工艺搅拌摩擦焊接头组织性能分析

为探究搅拌摩擦焊（FSW）焊接铝锂合金板材的最佳工艺参数,采用圆柱形螺纹搅拌头,焊前对板材背面开槽,在保持焊接速度不变的情况下对2198-T3S铝锂合金板材进行不同转速下的焊接组合工艺实验,焊后对接头进行了微观组织分析与力学性能测试。研究结果表明：采用组合工艺后焊缝的根部未出现弱连接缺陷;随着转速的提高,焊缝内部的缺陷消失,焊核区的晶粒呈粗大化趋势,第二相回溶,使焊缝的力学性能呈现“先升后降”的趋势。在最优组合参数下接头的抗拉强度和屈服强度分别为359 MPa（母材的81.5%）和248 MPa（母材的77.5%）。同时,转速的提高使焊缝的断裂方式发生了改变,由脆性-韧性混合断裂向韧性断裂转变。     

紫铜搅拌摩擦焊接工艺研究及接头组织分析

试验研究了板厚为 2 m m和 12 mm的紫铜板的搅拌摩擦焊工艺 ,分析了焊接接头组织及性能。结果表明 ,板厚为 2 mm的紫铜 ,在一较宽的规范范围内 ,可得到组织致密、无孔洞、无裂纹的焊接接头 ,接头强度可达到母材的90 %。板厚为 12 m m时 ,采用双面焊 ,仅中部有未融合的缺陷 ,但缺陷在板厚方向的尺寸小于 1%的板厚 ,大大小于钨极氩弧焊时所容许的缺陷率。焊缝的显微组织为典型的再结晶组织 ,晶粒细小 ,焊缝两侧热影响区的组织不对称。     

不同形状搅拌头异种铝合金搅拌摩擦焊接头的性能

利用圆柱螺纹和三棱柱螺纹搅拌头对2024-T3与7075-T6铝合金进行了搅拌摩擦对接焊,并对焊缝的宏观形貌、硬度以及接头的拉伸性能、断口形貌进行了分析。结果表明:搅拌头转速为1 100r·min-1和焊接速度为80mm·min-1时的焊缝中无隧道类缺陷,且三棱柱螺纹搅拌头使得两种材料融合得较好,搭配方式为AS(2024)-RS(7075)的接头抗拉强度达到了260MPa,断裂位置为2024-T3铝合金的TMAZ区;搅拌头转速为1 100r·min-1和焊接速度为120mm·min-1且搭配方式为AS(2024)-RS(7075)时,圆柱螺纹搅拌头对应焊缝的硬度最小,仅为107HV,且拉伸断口上的韧窝数量最少、深度最浅,抗拉强度也最低,为78MPa。     

搅拌摩擦焊焊缝金属塑性流动的抽吸—挤压理论

通过镶嵌多层铜箔作为标识材料,利用带螺纹和表面光滑的圆柱形搅拌针进行搅拌摩擦焊试验,确定了焊接时金属在焊缝厚度方向存在剧烈的塑性流动,搅拌针表面的螺纹是驱动焊缝塑化金属在焊缝厚度方向流动的主要因素.在试验基础上提出了焊缝塑化金属厚度方向流动的"抽吸-挤压"理论,认为当搅拌头旋转引起塑化金属沿螺纹表面轴向流动时,在螺纹的一端形成一瞬时空腔,周围塑化金属将被吸向此空腔,形成所谓抽吸效应;在螺纹的另一端,塑化金属将改变流向并挤压周边金属,形成所谓挤压效应:正是由于空腔对塑化金属朝焊缝中心的抽吸作用和挤压区往外对塑化金属的挤压作用,使高温塑化金属在焊缝厚度方向形成剧烈的环形迁移运动.用抽吸-挤压理论分析了焊缝中洋葱瓣花纹的形成,洋葱瓣中心的位置及隧道型缺陷的位置与由此理论分析的结果一致.通过工艺试验观察洋葱瓣花纹尺寸变化及他人的试验结果,验证了用"抽吸-挤压"理论预测焊缝成形的正确性.     

搅拌摩擦焊缝类型对接头拉伸性能及断裂特征的影响

采用三种不同针长的搅拌头对6082-T6铝合金板材进行焊接,获取三种类型的焊缝,即未透对接焊缝、已透对接焊缝和对-搭组合焊缝,通过对焊缝金相观察、拉伸测试和断口分析,得到焊缝类型对接头拉伸性能及断裂特征的影响规律。不同类型焊缝的表面成形区别不大,但内部成形各有特点。未透对接焊缝根部界面处形成未焊合缺陷;已透对接焊缝中无缺陷;对-搭组合焊缝后退侧和前进侧形成“钩状”缺陷。拉伸测试表明,未透对接接头拉伸性能最低,裂纹在未焊合处产生并沿焊核区扩展,接头下部呈现剪切断裂特征,接头上部呈现准解理和剪切混合断裂特征;已透对接接头拉伸性能最高,断裂位置位于前进侧热机影响区,断口呈现出典型的剪切断裂特征;对-搭组合接头拉伸性能居中,裂纹在前进侧“钩状”缺陷处产生并沿焊核区扩展,断口形貌与未透对接接头相似。     

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。     

2A12铝合金搅拌摩擦焊工艺与焊缝组织特征分析

通过2A12高强铝合金的搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding.简称FSW）试验,研究了搅拌摩擦焊焊缝组织的宏观形貌。结果表明,带梯形螺纹特征的搅拌头能有效地增加塑化材料的流动性;焊缝的宏观组织可分为4个区域（母材区、热影响区、热机影响区和焊核）,与母材相比较,焊缝区的组织都发生了明显的变化;由于楔形挤压作用、空腔作用、温度差等缘故,前进侧与焊缝材料之间存在显著的相对变形差和组织差异,形成明显分界面;焊接空洞缺陷易出现在前进侧中部的分界面处;而在后退侧,焊缝材料塑性流动方向与母材材料塑性流动方向一致,母材的变形和组织与焊缝材料相差很小且变化均匀,二者的分界面不明显。     

6082铝合金搅拌摩擦焊接头根部缺陷的微观特征

采用光学显微镜和扫描电镜对不同焊接速度(200,300,600mm·min~(-1))下6082-T6铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头根部的缺陷进行分析,确定了根部缺陷的微观形貌特征。结果表明:当焊接速度为200mm·min~(-1)时,接头根部接合面实现了良好的固相连接,其根部缺陷主要为S线缺陷;当焊接速度为300mm·min~(-1)时,接头根部缺陷主要为以不连续微裂纹形式存在的弱结合缺陷;当焊接速度为600mm·min~(-1)时,接头根部缺陷主要为呈连续微裂纹形态的未焊透缺陷,在未焊透缺陷向焊核区方向存在呈现不连续微裂纹形式的弱结合缺陷。     

材料性能对搅拌摩擦焊焊缝成形的影响

采用左螺纹圆柱搅拌头对O态和T4态2024铝合金进行搅拌摩擦焊接试验,研究了材料性能对搅拌摩擦焊焊缝成形的影响,并用软性约束分析了材料性能对焊核尺寸的影响。试验结果表明：焊缝形貌受焊核周边金属约束的影响,约束程度与材料力学性能和温度有关。O态2024铝合金对接焊时,软性约束体对塑性金属横向迁移的约束小,焊核面积和焊核宽度较T4态2024铝合金的焊核面积和焊核宽度大。两种热处理状态2024铝合金对接焊时,强度和硬度较高的T4态2024铝合金置于返回边时,在焊缝两侧、前进边的软性约束体对塑性金属的约束较返回边的软性约束体对塑性金属的约束强,焊核向返回边偏移;由于在返回边有更多的塑性金属,使其沿焊缝厚度方向向上的运动趋势增强,因此返回边的焊核高度较前进边的焊核高度高。对T4态2024铝合金进行适当的预热,会增强焊缝金属的塑化程度,使其向焊缝两侧的迁移运动趋势增强,焊核宽度及面积增大。     

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。     

3A21与6063异种铝合金搅拌摩擦焊接头性能分析

为研究3A21与6063异种铝合金材料摩擦搅拌焊接头性能,文中选取了16组不同的焊接工艺参数进行搅拌摩擦焊接试验。在试验过程中,为研究焊缝处的力学性能,减小了试件焊缝处的宽度,使拉伸断裂处能发生在焊缝处。通过整理试验数据,分析了6063-O/3A21与6063-T6/3A21焊接接头抗拉强度与接头硬度随焊速、转速以及焊速转速比变化的分布规律,得到了适用的焊接参数范围。试验表明,通过合理选择焊接参数,得到了力学性能良好的焊接接头,达到了工程应用要求。     

温度对搅拌摩擦焊接接头摩擦磨损性能的影响

通过对搅拌摩擦焊过程中铝合金板上各特征点在不同焊接参数的温度变化规律的检测,研究搅拌摩擦焊接参数对焊接过程温度场的影响,搅拌摩擦焊焊接接头的摩擦磨损行为,以及搅拌摩擦焊接头的摩擦磨损性能随温度的变化趋势。结果表明:在搅拌头旋转速度一定时,各特征点的温度峰值会随焊接速度的增加而降低,在焊接速度一定时,特征点的温度峰值会随搅拌头旋转速度的增加而升高;搅拌摩擦焊接头磨损表面呈现轻微的疲劳磨损特征,无明显的表层剥落开裂迹象;试样的磨损量与接头区域的焊缝成型有密切关系,而焊缝的成型质量与温度场的分布有密切联系,试验表明温度场梯度越小,磨损量越小。     

静轴肩摩擦搅拌焊温度场仿真分析与参数优化

为了解决非刚性支撑条件下传统搅拌头易陷入被焊接板材而导致焊接失败的问题,设计研发了静轴肩焊接结构。通过建立有限元仿真计算模型,并使用热红外成像仪对焊接表面温度进行实时监测,分析不同工艺参数下静轴肩摩擦搅拌焊焊接过程中的温度场变化情况。使用设计研发的静轴肩摩擦搅拌焊进行现场试验并对完成焊接表面无缺陷的焊缝与母材进行拉伸试验对比,检测其焊缝机械强度,并对断口进行微观组织分析。结果表明：在使用静轴肩搅拌头焊接过程中,产热量主要来源于搅拌针轴肩的摩擦生热和搅拌针端部的摩擦生热,搅拌针的侧面摩擦生热和静轴肩的摩擦生热占比较小;对产热量影响较大的是主轴压力和主轴转速,C轴转速对产热量影响不大;在主轴压力为2940～3430 N,主轴转速为1000 r/min,C轴转速为0.05 r/min的工艺参数下,完成焊接的焊缝表面光滑无飞边,内部无沟槽隧道缺陷,焊缝抗拉性能达到母材的71.5%左右;焊缝断口存在分层现象,靠近焊接表面的上层呈脆性断裂特性,下层呈延性断裂特性,与母材相比,焊缝试样的延伸率和抗拉强度均有所降低。