协同双面搅拌摩擦焊接技术

协同双面搅拌摩擦焊接(SDS-FSW)作为搅拌摩擦焊接技术的一种新的改进形式,显著改善了传统搅拌摩擦焊接变形大、焊接效率低等问题,对焊接质量也有提升作用,适用于大尺寸、大厚度的板材或型材的焊接。但目前SDS-FSW仍处于初始研发阶段,相关的理论及应用研究较少,研究成果主要集中在6061铝合金上。本文主要介绍SDS-FSW技术的发展历程、技术特点与典型研究结果及应用前景,以期为SDS-FSW技术的发展及实际工程推广提供参考。

SS304和Q235异种钢搅拌摩擦焊接头腐蚀有限元模拟

针对异种金属焊接接头易于发生电偶腐蚀,基于腐蚀电化学原理,将动电位极化曲线参数和金相组织面积比例等作为边界条件,采用有限元分析软件COMSOL对Q235低碳钢和304不锈钢(SS304)异种钢FSW接头不同区域腐蚀行为进行了预测,研究了焊接接头不同区域宏观和微观电偶腐蚀电位分布和电流密度的变化规律。结果表明,在宏观电偶腐蚀中,腐蚀深度的最大值位于SS304后退侧(RS_(304))与搅拌区(SZ)的交界处,约为Q235低碳钢母材(BM_(Q235))的5倍,各区电流密度随腐蚀时间的增长而增大,在微观电偶腐蚀中,腐蚀深度的最大值位于SS304侧搅拌区(SZ_(304))与Q235侧搅拌区(SZ_(Q235))的交界处,约为BM_(Q235)的1.2倍,并且珠光体组织面积比例越大,耐蚀性越差。采用该有限元模型可以预测异种钢搅拌摩擦焊接头不同区域的腐蚀行为。

基于分区表征的异质金属搅拌摩擦焊接残余变形数值模拟

为了研究焊缝材料屈服强度变化与焊接残余变形之间的关联机制,提出了基于力学性能分区表征的异质金属搅拌摩擦焊接残余变形计算方法。通过搅拌摩擦焊接实验研究了搅拌头转动方向对搅拌摩擦焊接搅拌区的力学性能曲线影响,并以实验测定的材料本构关系定义搅拌区材料的屈服强度,通过分区表征不同的屈服强度,建立了搅拌摩擦焊接的顺序热力耦合模型,结合分区表征模型研究了搅拌区屈服强度变化对异质金属搅拌摩擦焊接残余变形的影响。结果表明,前进侧材料为2024-T3,后退侧材料为6061-T6时,搅拌区屈服强度为171 MPa、抗拉强度为194 MPa,前进侧和后退侧材料互换,搅拌区屈服强度为166 MPa、抗拉强度为186 MPa。前进侧材料和后退侧材料互换后屈服强度和抗拉强度产生差异的原因是前进侧和后退侧材料的流动行为差异。以实测的力学性能曲线为依据,建立了搅拌摩擦焊接异质合金的顺序热力耦合模型,前进侧材料为2024-T3,后退侧材料为6061-T6时,搅拌摩擦焊接构件最大残余变形为1.2 mm,前进侧材料为6061-T6,后退侧材料为2024-T3时,搅拌摩擦焊接构件最大残余变形为1.3 mm。随着搅拌区材料屈服强度提升,搅拌区弯曲刚度增加,导致残余变形减小。

外部能场辅助搅拌摩擦焊接技术综述

外部能场辅助搅拌摩擦焊接是一种改进型固相焊接方法,在航空航天、汽车制造、能源领域等方面得到了广泛应用,通过引入外部能场,可以改善焊接接头的组织和性能,提高焊接质量和效率。本文对外部能场辅助搅拌摩擦焊接技术进行了分类,综述了能场的选择和控制、工艺参数的优化等,阐述了外部能场对焊接温度、轴向载荷、接头组织性能的影响,最后总结了外部能场辅助搅拌摩擦焊接技术未来的发展趋势。

搅拌摩擦焊接机床轨迹时间优化及其拐点切向跟随方法研究

为了解决搅拌摩擦焊接机床在加工过程中路径变化较剧烈部位存在机械振动和路径偏移问题,考虑运动学的约束,使之以指定的进给速度加工高质量无飞边焊接件,通过对搅拌摩擦焊接机床机电系统架构进行分析,以实现焊接过程的多轴联动关系;并以此为基础,研究搅拌头倾角变化对焊接精度影响规律,给出拐点切向跟随运动的控制方法;最后,对基于粒子群算法(PSO)高阶插值函数轨迹规划器进行了研究,以实现多轴系统的协调运动控制。利用MATLAB软件做了仿真实验,并将其运用于搅拌摩擦焊接机床的焊接实验中,研究表明:应用该优化控制方法,在确保最终轨迹的同时,明显提高了搅拌摩擦焊接机床的加工效率,搅拌头末端的稳定性。

焊接速度对Q&P980钢搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

通过搅拌摩擦焊接对Q&P980钢进行焊接,固定转速为400 r·min^(-1),焊接速度分别为50 mm·min^(-1)(低焊速)和600 mm·min^(-1)(高焊速),采用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射、显微硬度和拉伸性能测试等手段对焊接接头的微观组织和力学性能进行了表征,研究了焊接速度对接头微观组织和力学性能的影响。结果表明:相较母材,接头整体残余奥氏体含量降低,搅拌区晶粒明显细化和均匀化,有大量马氏体生成;热影响区晶粒略微粗大,显微硬度降低。与低焊速接头相比,高焊速接头峰值温度降低,材料流动范围较窄,热力耦合作用减弱;热影响区宏观尺寸减小,残余奥氏体含量增加,显微硬度提高,接头具有更好的变形协调性,接头抗拉强度和伸长率分别从1074 MPa、6.0%提高至1268 MPa、15.3%。

5083铝合金搅拌摩擦焊接头拉伸行为研究

目的研究5083铝合金搅拌摩擦焊接(FSW)的组织、力学性能和拉伸应变,分析接头的拉伸行为。方法采用数码相机、光学显微镜、电子扫描显微镜等表征分析方法,对焊缝的表面宏观成形、微观组织、断口形貌进行分析;利用拉伸机、三维数字动态散斑应变测量分析系统和显微维氏硬度计对接头的力学性能和拉伸应变进行测试。结果不同焊接工艺参数下FSW接头的最低抗拉强度为305 MPa,断后延伸率达到了14%以上;焊核区拉伸应变沿板厚方向呈现上高下低和上宽下窄的不均匀梯度分布,发生了较大程度的变形强化,直到拉伸应力达到抗拉强度。断裂失效前300/120接头的最大拉伸应变在晶粒粗大的母材区,500/120和500/200接头的最大拉伸应变则位于晶粒尺寸差异较大的后退侧焊核区与热力影响区交界处。接头拉伸断口宏观上均为45°剪切韧性断裂,微观上均以韧窝韧性断裂为主,而高热输入500/120接头出现脆性断裂特征,其延伸率明显降低。结论高热力耦合输入使铝合金FSW接头薄弱区发生转变,强韧性降低。

WE43/Zn/1060异种金属搅拌摩擦焊接头组织及性能研究

Mg/Al异种合金搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)存在相容性差、接头易形成脆性金属间化合物等问题,Zn作为中间层对改善接头中脆性金属间化合物的成分及含量有重要影响。以WE43稀土镁合金和1060铝合金为研究对象,选焊接进给速度为50 mm/min、转速为1050 r/min、Zn夹层厚度为0.05 mm,进行异种合金搅拌摩擦焊试验。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、硬度及拉伸测试等对焊接后接头的显微组织和力学性能进行研究。结果表明:添加Zn后焊缝表面无宏观变形、裂纹等缺陷;接头形成细小的Mg-Zn脆性金属间化合物Al_(5)Mg_(11)Zn_(4)、Mg-Zn,代替了无Zn接头中的Mg-Al脆性金属间化合物Al_(3)Mg_(2)、Al_(12)Mg_(17),减少了Mg-Al脆性金属间化合物的生成,从而改善接头中脆性金属间化合物(IMC)的种类与数量,添加Zn的FSW接头静载拉伸断口为脆-韧混合断裂,代替了无Zn接头的脆性断裂。因此,Zn为中间层可减少接头脆性金属间化合物的产生,提高接头的伸长率、抗拉强度等。

铝合金搅拌摩擦焊接头在汽车维修中的耐久性评估与维护策略

铝合金搅拌摩擦焊接技术作为一种固态连接技术,在汽车维修中具有重要应用价值。本文围绕铝合金搅拌摩擦焊接头在汽车维修中的耐久性评估和维护策略展开,首先概述了搅拌摩擦焊接技术的原理、工艺参数及铝合金焊接接头的微观结构特点;接着,探讨了耐久性评估的标准和方法,分析了铝合金搅拌摩擦焊接头的典型耐久性能测试结果及影响因素;最后,提出了针对铝合金搅拌摩擦焊接头的维护策略,包括预防性维护措施、定期检查及特殊环境下的维护需求。研究发现,通过合理的工艺参数选择、定期的性能检测和有效的维护措施,可以显著提高铝合金搅拌摩擦焊接头在汽车维修中的耐久性和可靠性。

协同双面搅拌摩擦焊接6061铝合金工艺

针对常规顺序双面搅拌摩擦焊接(DS-FSW)的变形大、耗时长等问题,提出了一种协同双面搅拌摩擦焊接(SDS-FSW)技术,并通过研制的设备研究了SDS-FSW 6061铝合金接头的微观组织和力学性能。结果表明,当主轴转速为1 800 r/min,焊接速度为1 200 mm/min时,SDS-FSW焊接接头缺陷较相同焊接参数下DS-FSW接头的有所改善;在该焊接参数下,SDS-FSW接头的变形量(0.15 mm)远小于DS-FSW接头的变形量(1 mm),且接头的拉伸性能更好,SDS-FSW和DS-FSW接头的最大拉力分别为36.8 kN和34.9 kN。

搅拌针偏移量对铝/铜异质金属搅拌摩擦焊接过程和接头组织性能的影响

采用搅拌摩擦焊接技术对2 mm厚6061铝合金和紫铜合金异质金属进行对接试验,研究搅拌针偏移量对铝/铜异质金属接头组织和性能的影响。研究发现,由于铝和铜两种材料的流动性存在差异,随着搅拌针由铝侧向铜侧偏移,搅拌头-工件界面的温度无明显变化,而焊接过程中的前进阻力显著增大,且接头机械互锁程度也更加充分。对铝/铜异质接头微观形貌进行扫描电子显微镜分析,发现铝/铜界面处的金属间化合物层呈清晰的双层结构,分别为靠近铝侧的Al_(2)Cu层和靠近铜侧的Al_(4)Cu_(9)层,此外金属间化合物还以颗粒状和条带状等形貌分布在铝/铜界面附近。搅拌针偏向铜侧0.5 mm时得到的铝/铜异质接头机械互锁程度和金属间化合物分布最为理想,接头抗拉强度达到200 MPa。

搅拌摩擦焊接镁合金微区织构研究现状与展望

搅拌摩擦焊是一种新型固态连接工艺,能够克服传统熔化焊中的诸多缺点,具有接头质量高、绿色环保等优点,对于熔点较低的镁合金来说是一种优异的连接工艺.织构是影响搅拌摩擦焊接镁合金接头性能的一个重要因素,文中以搅拌摩擦焊接镁合金的织构为主线,分别对搅拌摩擦焊接镁合金过程中织构的形成、织构的分布、织构对焊缝力学性能的影响以及焊缝区域织构的调控进行了总结,并对相关问题进行了评述和展望.

2A12T4/6061T6异种铝合金搅拌摩擦焊接接头性能分析

为满足异种铝合金结构件焊接需求,对10 mm厚的2A12T4/6061T6异种铝合金板进行了搅拌摩擦焊接试验,分析了不同工艺参数焊接接头的微观组织和性能。结果表明:焊接接头焊核区与热机械影响区分界在前进侧明显,而在返回侧不明显;除搅拌头旋转速度为700 r/min、前进速度为300 mm/min的焊接试样外,其余试样的拉伸断裂均发生在6061T6铝合金侧的热影响区,拉伸断裂均呈韧性断裂;焊核区的硬度比热影响区的硬度大,但比母材的硬度小,2A12T4铝合金侧的硬度明显高于6061T6铝合金侧的硬度。当搅拌头旋转速度为600 r/min、焊接速度为300 mm/min时,焊接接头的抗拉强度最高,为249 MPa。

2219铝合金搅拌摩擦焊接热过程及拉伸性能分析

对厚度为8 mm的2219铝合金板开展单道搅拌摩擦焊接(SPFSW)试验,对厚度为15 mm的2219铝合金板开展双道搅拌摩擦焊接(DPFSW),分析不同厚度2219铝合金板搅拌摩擦焊接热过程与接头拉伸性能,重点探究第二道焊接对接头微观组织与拉伸性能的影响。结果表明:第二道搅拌摩擦焊接过程的高温区域与最高温度均大于第一道的,前进侧的最高温度均略低于后退侧的;15 mm厚DPFSW接头的抗拉强度略低于8 mm厚SPFSW接头的。接头拉伸断裂机制均为韧窝聚集型断裂与解理断裂相结合的模式。

陶瓷颗粒增强铝基复合材料搅拌摩擦焊接研究现状综述

陶瓷颗粒增强铝基复合材料是一种新兴的工程应用材料,在众多工业领域中具有广阔的应用前景。在对陶瓷颗粒增强铝基复合材料连接的过程中,使用绿色环保、安全可靠的搅拌摩擦焊接技术,可获得力学性能良好的焊接接头。文章从焊接接头宏观及微观组织特点、接头力学性能及断裂特征、搅拌头对焊接效果的影响3个方面综述陶瓷颗粒增强铝基复合材料搅拌摩擦焊接在国内的研究现状,并从焊接材料种类、焊接工艺稳定性、高性能焊接工具开发3个方面展望陶瓷颗粒增强铝基复合材料搅拌摩擦焊接研究未来的发展方向。

钢铁材料搅拌摩擦焊接研究进展

搅拌摩擦焊接(FSW)利用摩擦产生的热量将工件连接起来,而不熔化金属,是一种固态连接技术。采用FSW技术可避免传统熔化焊接产生的缺陷问题,文章从微观组织、力学性能、腐蚀性能等方面综述了钢铁材料FSW研究进展。FSW已成功应用于钢铁材料,并可获得成形性较好的接头。FSW后接头发生动态或静态再结晶,造成接头组织的演变,不仅能细化、均匀化、致密化组织、还能引起相变和晶粒取向的变化。通过控制FSW参数可获得具有良好力学性能和腐蚀性能的接头。

搅拌摩擦焊接的传热和力学计算模型

搅拌摩擦焊接（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ）是最近发展起来的一种新的固态连接技术。它主要用于铝合金，可以得到小变形、低成本和高质量的焊接接头。本文提出一个基于三维热弹塑性有限元分析的传热和力学计算模型。利用该模型可以了解搅拌摩擦焊接过程中的温度分布和循环，并预测焊后的残余应力和变形。对６０６１－Ｔ６铝合金搅拌摩擦焊接进行了实例分析。传热分析表明，铝合金搅拌摩擦焊接时的最高温度不超过材料熔点的８０％，因而属固态连接，同时为预测焊接接头的组织性能提供依据。力学计算结果表明，搅拌摩擦焊接的残余应力与变形要比传统的熔化焊接方法小得多。工件中最大的残余应力大约只有母材屈服极限的２５％－３０％。计算结果与试验数据相近，可作为进一步研究搅拌摩擦焊接过程和优化焊接参数的有效工具。

焊后热处理工艺和背部二次焊接对搅拌摩擦焊接7075-T651铝合金性能的影响

对8 mm厚7075-T651铝合金轧制板进行了搅拌摩擦焊接,重点研究了焊后热处理工艺和背部二次焊接对接头性能的影响．结果表明,焊接态接头致密没有缺陷,接头强度约为母材的71%．T6热处理后,焊核区出现由锯齿形裂纹和散孔组成的“S”线,随着固溶温度升高,“S”线愈加明显,并伴有晶粒异常长大现象．T6热处理后,接头硬度恢复到母材水平,但强度和延伸率显著下降,这是由于裂纹沿“S”线产生和扩展所致．在焊态样品背面进行二次焊接,可明显改善接头的力学性能．

运载火箭铝合金贮箱全搅拌摩擦焊接工艺及应用

搅拌摩擦焊技术具有焊接缺陷少、焊接变形小、接头性能高等优点,是运载火箭铝合金贮箱制造的发展趋势。本文分析了我国运载火箭贮箱的结构组成和主焊缝结构特点,系统梳理并研究了实现贮箱主焊缝全搅拌摩擦焊接制造所需要的关键技术,包括常规搅拌摩擦焊技术、可回抽搅拌摩擦焊技术、超声相控阵检测技术及补焊技术。研究成果已经逐步实现了在运载火箭贮箱筒段纵缝、箱底主焊缝、贮箱总装环缝上的工程化应用。

搅拌摩擦焊接全过程热力耦合有限元模型

利用ALE网格自适应技术及相应边界条件处理,建立搅拌摩擦焊接全过程(下压阶段和稳定焊接阶段)热力耦合有限元模型。采用6061铝合金焊件验证模型。结果表明:整个焊接过程温度场最高温度在463℃左右,低于材料熔点;稳定焊接6s后,焊件后方横截面上等效塑性应变区近似呈"V"形分布,前进边侧变形程度较返回边侧剧烈,变形范围更大。