2024铝合金孔洞缺陷搅拌摩擦点焊修复数值 模拟与实验研究

目的薄壁构件在服役过程中会产生孔洞缺陷,传统修复方法存在连接不牢靠、周期长等问题,针对以上情况,研究了搅拌摩擦焊点焊修复材料的流动对修复接头性能的影响规律。方法在修复焊速为20 mm/min,修复转速分别为800、1200、1600 r/min的条件下对2024铝合金孔洞缺陷进行搅拌摩擦点焊修复,分析不同修复转速下修复接头的微观组织和力学性能。此外,使用ABAQUS有限元软件模拟修复孔洞缺陷过程中材料流动的具体规律。结果在修复焊速为20 mm/min、修复转速为1600 r/min条件下,修复接头表面光滑平整,无任何缺陷存在,材料内部发生了显著的晶粒细化,从母材区到焊核区,平均晶粒尺寸由20.5μm降低至2.7μm,降低幅度为86.8%。数值模拟仿真结果表明,在1600 r/min的高修复转速下,材料流动的速度梯度较大,热输入也较高,更容易获得性能优良的修复接头。结论在修复焊速为20 mm/min的条件下,当修复转速从800 r/min增加到1600 r/min时,修复的热输入逐渐提高,材料的流动性增强,逐渐修复了孔洞缺陷,在修复转速为1600 r/min时获得了优质的修复接头,在焊核区发生了显著的晶粒细化现象,修复接头的抗拉强度达到了母材抗拉强度的81.3%,屈服强度几乎等同于母材的屈服强度。

镁-钢异种金属无匙孔搅拌摩擦点焊工艺的研究

采用自行研制的无匙孔搅拌摩擦点焊方法对3mm厚AZ31B镁板和1mm厚DP600镀锌钢板异种金属进行搭接焊接(钢板在上,镁板在下),研究了其焊接工艺参数对焊点成形及力学性能的影响。通过正交试验结果分析表明:参数因素影响从主到次为:B(轴肩下压量)→A(搅拌头旋转速度)→C(搅拌针直径)。在焊接时间一定时,确定了搅拌针伸出量为1.8～2.0mm、转速为1200～1500r/min、轴肩下压量为0.1～0.3mm、搅拌针直径为5.5～6.0mm时,得到的接头表面成形较好,接头剪切力均能达到7.5kN以上。

工艺参数对填充式搅拌摩擦无匙孔点焊性能的影响

采用填充式搅拌摩擦无匙孔点焊对2mm厚的2A12-T4铝合金薄板进行焊接,研究不同工艺参数对接头性能的影响.结果表明,当其它焊接参数不变,旋转速度为600r/min时,接头的剪切力达到最大值,为4707N.在600～1000r/min时,随着旋转速度的提高,点焊接头的剪切力逐渐减小.随着轴肩回压距离的增大,接头的剪切力逐渐增加,当轴肩回压距离达到1.2mm时,接头的剪切力达到最大.随着搅拌针伸出长度的增大,接头的剪切力逐渐增加,当伸出长度达到3.4mm时,接头的剪切力达到最大.接头的显微硬度在100～150HV之间,混合区硬度最高,搅拌区硬度最低.

镁-钢异种金属无匙孔搅拌摩擦点焊过程分析

在最优焊接参数下,对AZ31B镁板和DP600镀锌钢板进行无匙孔搅拌摩擦搭接点焊试验,得到剪切力达到8.7 k N的接头.整个点焊过程分为插入(I)、搅拌与回抽(II)、回抽完毕(III)三个阶段.显微组织分析表明,焊核区,钢的晶粒细长,流向明显.热力影响区,钢和镁合金均发生动态再结晶,钢的晶粒粗长,镁合金晶粒最为粗大,但在搅拌针回抽区域,镁合金晶粒细小且分布均匀,全部为再结晶等轴晶粒.热影响区,钢的晶粒更为粗长,镁合金的晶粒也较为粗大.接头主元素分析表明,(I)阶段,镁与钢的界面没有发生扩散;(II),(III)阶段,在焊核区主元素之间发生了扩散.

7475铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头链状孔洞研究

7475铝合金具有出色的力学性能,被广泛应用于航空航天领域.使用回填式搅拌摩擦点焊进行焊接能够有效地消除传统搅拌摩擦点焊接头中的匙孔,使力学性能得到大幅提高.但是,对于如7000系高强铝合金进行回填式搅拌摩擦点焊实验时,依然存在力学性能不良、得不到良好焊点的问题,这是由于在对高强铝合金进行回填式搅拌摩擦点焊时,需要更大的热输入才能使母材受搅拌作用形成塑性材料.当焊接热输入较大时,焊点内易产生裂纹和孔洞等缺陷从而影响焊点的力学性能.本研究采用激光共聚焦显微镜、电子扫描显微镜(SEM)对链状孔洞的形貌特点进行了系统的分析,并对链状孔洞的产生原因进行了分析讨论,同时进行了一系列工艺参数实验研究工艺参数对焊点内链状孔洞的影响.研究结果表明,7475铝合金回填式FSSW焊点在较高热输入情况下搅拌区(SZ)内存在对称分布且呈现链状的孔洞,链状孔洞的方向与焊接过程中塑性材料的流动方向一致,这是由于焊接过程中焊具的搅拌以及焊接温度的不断提高,母材中原本存在的金属间化合物(IMC)被焊具打碎并随着材料流动方向汇聚在SZ内,当SZ内温度达到共晶温度时,IMC与Al发生了共晶反应造成了熔化.此外,随着搅拌套下压深度增加,链状孔洞密集程度上升;随着搅拌套运动速率增加,链状孔洞密集程度下降;随着焊具旋转速度的增加,链状孔洞密集程度上升.

工艺参数对铝钢异种金属焊接接头性能的影响

用FSSW方法对厚度为3 mm的6061-T6铝合金板和1 mm的DP600镀锌钢板进行搭接焊接。通过正交试验结果分析得到工艺参数对接头力学性能的影响依次为:摩擦停留时间,搅拌头旋转速度,搅拌针伸出长度。

2524-T3铝合金回填式搅拌摩擦点焊过程的数值模拟

目的分析焊接接头温度场、应力场的分布情况,并着重讨论焊接转速对接头孔洞分布规律的影响。方法基于ABAQUS有限元分析软件,对2524-T3铝合金回填式搅拌摩擦点焊过程进行了模拟,分析了焊接过程中材料内部温度场、应力场及焊点底部孔洞的变化情况,并在此基础上采用小孔法对焊点周围残余应力进行了测量,与模拟结果进行了对比分析。结果焊接转速由2200 r/min提高至3000 r/min,焊接过程达稳定摩擦时焊接温度由489℃增至518℃。焊接结束时焊件表面残余应力数值均在100~200MPa,与实际小孔法测得数值吻合良好。结论焊接转速的提高导致焊接过程中各阶段峰值温度提高,在焊件横截面还可观察到沿厚度方向存在较大的温度梯度。接头孔洞数量随焊接转速先下降后上升,在焊接转速为2800 r/min时,孔洞数量达最少。另外,焊件表面残余应力呈四周对称分布,并在压紧环外径处出现最大值。

回填式搅拌摩擦点焊热输入对界面孔洞与力学性能的影响

目的提高焊接热输入及接头力学性能,研究回填式搅拌摩擦点焊的最佳焊接工艺参数。方法在传统搅拌摩擦点焊产热基础上,结合回填式搅拌摩擦点焊搅拌头具体运动形式,将产热功率对时间进行积分,得到热输入解析方程,测得不同热输入下接头孔洞大小与力学性能,获得热输入对界面孔洞大小与力学性能的影响规律。结果在其他焊接参数不变的条件下,随着转速由2000 r/min提高至2300 r/min,焊接热输入由54 kJ增加至62 kJ,孔洞面积由9.3×104μm2迅速减小至7.7×103μm2,接头拉剪强度由3.2kN提升至7.2 kN。当转速进一步提高至2600 r/min时,热输入达到70.2 kJ时,孔洞的缩减速率与拉剪强度提升速率减缓,孔洞大小减小至3.8×103μm2,拉剪强度减小至8.4 kN。结论在相同的焊接时间下,接头的热输入随着焊接转速的提升而增加,接头孔洞面积减小,拉剪性能提高。