铝合金拉拔式摩擦塞补焊成形及其对界面结合行为的影响

本文开展了2219铝合金拉拔式摩擦塞补焊(Friction pull plug weld,FPPW)试验,通过仿真分析揭示FPPW接头温度场与应力场的演变规律,并探讨了界面温度及应力分布特征对界面结合质量的影响。结果表明:在FPPW过程中,塞棒在主轴驱动下高速旋转并进给,当塞棒与母材接触时摩擦界面温度上升(500~520℃)。界面所受应力随温度的升高而降低;进入拉锻阶段后,塞棒停转并保持恒定轴向拉力进给,界面温度降至约280℃,界面所受应力逐渐增大,并沿厚度方向呈不均匀分布。分析认为,摩擦界面上的应力分布和峰值温度对界面结合质量有重要影响,而且提高界面应力分布均匀性,有助于促进界面冶金结合并提高接头强度。通过优化FPPW接头的几何形状显著提高了界面应力分布的均匀性,从而消除界面上分布的氧化物,促进塞棒与母材结合,提高接头力学性能。

2014铝合金搅拌摩擦焊缝的拉锻式摩擦塞补焊

采用拉锻式摩擦塞补焊方法对4mm厚的2014铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷进行了补焊,焊后对塞补焊接头的微观组织和拉伸性能进行了分析。研究结果表明,摩擦塞补焊接头分为焊缝区、热影响区和母材区三部分,焊缝由细小的等轴再结晶组织构成。选择合适的焊接参数和接头结构,塞补焊接头的抗拉强度可以达到330MPa以上,达到或超过搅拌摩擦焊接头强度。塞补焊接头微观硬度分析表明,塞补焊后接头焊缝区硬度较高,但整体硬度变化不大。

2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头组织与性能分析

对2219铝合金进行了双轴肩搅拌摩擦焊工艺试验,详细分析了焊缝成型、接头组织形态及力学性能。结果表明:2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊缝正反面成型美观,内部无缺陷,几乎无焊缝减薄。接头宏观形貌呈典型的"哑铃型",焊缝上下表面宽,中间略窄。从显微组织角度看,接头的焊核区、热机影响区、热影响区等组织特征与常规搅拌摩擦焊相似。双轴肩搅拌摩擦焊接头显微硬度分布趋势与常规搅拌摩擦焊接头相似,均为典型的"W"型,但双轴肩搅拌摩擦焊接头不存在各层异性。接头力学性能试验表明:双轴肩搅拌摩擦焊接头抗拉强度达到了318.3 MPa,延伸率为5.5%。接头断口形貌呈典型的韧性断裂。

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。

2014铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织及力学性能

采用搅拌摩擦焊方法对8mm厚的2014A l合金进行了焊接,焊后对接头的微观组织和力学性能及断裂特性进行了分析。研究结果表明,焊核区和轴肩影响区由细小的等轴再结晶组织构成;热机影响区受机械和热的双重作用组织发生了较大程度的变形,在热循环的作用下发生回复反应;热影响区仅受热循环的作用,组织稍微有粗化现象。力学试验表明:焊接速度为150mm/m in时,接头的抗拉强度可以达到361MPa,为母材的78%,抗弯强度达到母材的76%。断口形貌分析显示,接头断裂模式为韧性和脆性的混合型断裂。

LF6铝合金与不锈钢异种金属惯性摩擦焊工艺技术研究

铝合金与不锈钢物理化学性能较大的差异使两者采用常规焊接技术较难实现连接。本文采用惯性摩擦焊接技术进行了LF6铝合金与不锈钢异种金属连接,分析研究了接头的微观组织及拉伸力学性能。研究结果表明,LF6铝合金与不锈钢惯性摩擦焊接过程中,相对不锈钢一侧,LF6铝合金一侧发生了较大的塑性变形,飞边主要由LF6铝合金摩擦挤压而成;微观组织显示LF6铝合金一侧分为细晶区、拉长晶区和母材区,细晶区中呈现为细小等轴晶状组织,拉长晶区为摩擦剪应力作用下的板条状拉伸组织。EDX分析表明,在摩擦热和顶锻力的作用下,焊接界面存在明显的浓度梯度,形成了数微米的扩散反应层;力学断口断裂于铝合金一侧受力薄弱区。

2014铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷分析

采用搅拌摩擦焊方法对8mm厚的2014铝合金进行了焊接,分析了接头缺陷的种类及形成原因。研究结果表明:搅拌头形状及焊接工艺参数对接头缺陷的形成具有重要影响;缺陷主要有孔洞、裂纹、飞边和沟槽四种;焊接缺陷的产生是由于在搅拌摩擦焊接过程中焊缝金属经历了不同的热机过程所致,过热或者塑性材料流动不足都会导致焊接缺陷的形成。

二维搅拌摩擦焊接过程的数值模拟

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圆柱体,并基于流体力学理论,建立了二维搅拌摩擦焊缝金属塑性流动的数值分析模型。计算结果表明:只有很少一部分靠近搅拌头探针的材料在焊接过程中受到探针的作用而发生变形,直接影响到材料的流动;在大多数的模拟条件下,探针直径范围内的材料仅仅在回撤边一侧沿旋转方向绕过探针,而不是在探针两侧绕流;绕过探针以后,焊缝金属材料又以恒定的速度,继续向前移动;变形区域内流变材料的流动速度大于探针直径范围外流变材料的流动速度。采用“标记嵌入技术”对焊缝金属流动进行了可视化研究,并对实验结果与模拟结果进行了验证,模拟结果能很好地预测塑性金属流动趋势。

2014铝合金搅拌摩擦焊接过程塑性金属流变可视化

采用“标记嵌入技术”对2014铝合金搅拌摩擦焊缝金属塑性流变进行了研究。试验分析结果表明,在搅拌摩擦焊接过程中,焊缝金属材料流动关于焊缝中心线是非对称的,在前进边一侧,既有材料向前流动也有材料向后流动,而在回撤边一侧,材料只发生向后运动;在焊缝上部表面附近,由于搅拌头轴肩的影响,材料向前转移非常明显。建立了二维焊缝金属塑性流变模型,模型能很好地解释焊缝金属流变过程。

搅拌摩擦焊应用及焊接设备简介

介绍了搅拌摩擦焊的工艺过程,分析了搅拌摩擦焊焊缝及焊接过程的优缺点。对搅拌摩擦焊的应用和常用搅拌摩擦焊设备作了简要的描述。

三维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圆柱体,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。计算结果表明,在焊缝上部表面附近,由于搅拌头轴肩的影响,材料流动比较混乱,发生多次绕流现象;焊缝下部材料流动规律性较明显:只有很少一部分靠近搅拌头探针的材料在焊接过程中受到探针的作用而发生变形和流动,在大多数的模拟条件下,探针直径范围内的材料仅仅在回撤边一侧沿旋转方向绕过探针。焊缝中部具有底部和上部材料的流动特点,是探针和轴肩共同影响的结果。采用“标记嵌入技术”对焊缝金属流动进行可视化研究,试验结果与模拟结果进行了验证,模拟结果能很好地预测塑性金属流动趋势。

补焊技术的新突破——摩擦塞补焊

摩擦塞补焊(FPW)是一种新型的固相修补焊接技术,具有接头质量高、缺陷少、变形小等优点。详细阐述了摩擦塞补焊焊接原理和技术特点,介绍了国内外研究现状,分析了塞孔/塞棒结构尺寸和摩擦压力、摩擦时间、进给速度等工艺参数对接头的影响,总结了摩擦塞补焊典型的缺陷形式和产生原因。

2014铝合金拉锻式摩擦塞补焊接头微观组织及力学性能

采用拉锻式摩擦塞补焊方法对4mm厚的2014铝合金进行了焊接,焊后对接头的微观组织和力学性能及断裂特性进行了分析。研究结果表明,摩擦塞补焊接头由焊缝区、热影响区和母材这3部分组成,焊缝由细小的等轴再结晶组织构成。力学试验表明:摩擦压力、摩擦时间、塞棒/塞孔配合角度以及工进速度均会影响接头质量,选择合适的焊接参数和接头结构,塞补焊接头的抗拉强度可以达到375MPa,约为母材强度的79%。断口形貌分析显示,接头断裂模式为塑性断裂。

搅拌摩擦焊焊缝材料塑性流变研究概述

搅拌摩擦焊焊缝金属塑性流变直接关系到焊缝组织形成,是决定焊缝质量的关键。介绍了目前搅拌摩擦焊焊缝金属的塑性流变研究现状,从试验和计算机模拟两个方面分别加以介绍。

搅拌摩擦焊接过程流体数值模拟概述

为了对搅拌摩擦焊接机理有进一步的理解,需要对FSW过程中塑性材料的流体流动进行深入研究。搅拌摩擦焊接过程的数值模拟是研究FSW过程中塑性材料流体流动的一种重要手段。介绍了FSW过程数值模拟的一些研究进展,对资料中建立的模型和模拟结果进行了简要的描述。

搅拌摩擦点焊技术简介

搅拌摩擦点焊(FSSW)是在搅拌摩擦焊的基础上开发的一种新型固相修补焊接技术,具有接头质量高、缺陷少、变形小等优点。详细阐述了搅拌摩擦点焊焊接原理和技术特点,介绍了国内外研究现状及其在汽车等制造业中的应用,指出搅拌摩擦点焊在运载工具铝合金结构件制造过程中具有重要意义,是未来铝合金连接技术的发展方向之一。

基于CCD视觉传感的铝合金熔透自动控制技术及其在航天贮箱中的应用

设计了基于CCD视觉传感的焊缝背面熔宽控制系统,获得了清晰的焊缝背面图像,通过图像处理提取了背面熔宽特征参数,并以熔宽和熔宽的变化量作为输入,实时调整焊接电流,保证焊缝背面熔宽均匀一致,从而确保焊缝质量的稳定性。该技术已成功应用于运载火箭贮箱的焊接,效果良好。

2219铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织对微弧氧化膜生长的影响

采用微弧氧化方法在硅酸盐电解液里在2219铝合金搅拌摩擦焊接头表面均匀生长一层50μm陶瓷膜,分析了铝合金基体和焊缝区陶瓷膜的形貌、相组成和显微硬度分布,探讨了合金显微组织和微弧氧化膜生长过程的相互影响.结果表明,铝合金显微组织对微弧氧化膜的生长影响较小,铝合金基体和焊缝区的微弧氧化膜特性几乎相同,陶瓷膜都是由α-Al2O3、γ-Al2O3和莫来石(3Al2O3.2SiO2)相组成;不同区域膜层的显微硬度相等,其平均硬度约为HV 1500.另外,微弧放电高温过程对膜/基界面附近的铝合金显微组织没有影响.

2A97铝锂合金搅拌摩擦焊

文中采用不同搅拌摩擦焊接工艺参数对2A97铝锂合金的可焊性进行了研究.结果显示,接头抗拉强度和断后伸长率随搅拌头转速的提高而降低,随焊接速度的提高先增后减.在旋转频率为600 r/min,焊接速度200 mm/min时接头抗拉强度最高达到373 MPa,为母材的69%.FSW接头拉伸试验断口位置基本都发生在焊核(NZ)区.焊核区和热力影响区中沉淀相大部分溶解,只有少数存留,热力影响区沉淀相密度高于焊核区.

AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头微弧氧化表面防护研究

在硅酸盐溶液中于AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头表面制备一层均匀的微弧氧化膜。分析微弧氧化膜的截面组织、相组成和显微硬度分布,并采用浸泡和电化学方法评估微弧氧化表面处理对焊接接头腐蚀行为的影响。结果表明:接头搅拌区的显微硬度高于镁合金母相区,热影响区硬度低于母相区,但接头不同区域对应的微弧氧化膜硬度都相同,比镁合金基体提高约7倍。在3.5%NaCl溶液中浸泡后,焊接样品热影响区腐蚀严重,而微弧氧化膜表面形貌没有明显变化。未表面处理的接头热影响区电位低于搅拌区和母相区,其腐蚀电流密度也较大,但不同区域微弧氧化膜的腐蚀电流密度都相近,并明显低于未氧化处理的焊接样品。微弧氧化表面处理能显著改善镁合金搅拌摩擦焊接头抗腐蚀性能。