工艺参数对Al-Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接接头力学性能的影响

目的研究工艺参数对Al-Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接接头力学性能的影响。方法采用搅拌摩擦焊-钎焊方法,在不同焊接工艺参数下焊接2A12-T4铝合金和AZ31镁合金。结果当焊接速度为23.5 mm/min、旋转速度为375 r/min时,焊接接头的抗拉剪力达到最大,为5.5 kN,比搅拌摩擦焊接头的最大抗拉剪力的5.0 kN提高了10%。结论搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接的工艺参数会显著影响铝/镁异种金属接头力学性能,通过优化工艺参数能够获得力学性能优异的铝/镁异种金属焊接接头。复合焊接接头的抗拉剪力随着焊接速度的增大呈现先增大后减小的趋势。

铝与钢、不锈钢、铜焊接,复合板制备及匙孔填充新技术——搅拌摩擦钎焊(FSB)的系列应用

对传统搅拌摩擦焊因针的磨损而难以适应较硬金属材料的不足,西安交通大学开发了一种"搅拌摩擦钎焊(friction stir brazing:FSB)"专利技术,并利用该技术成功焊接了铝/钢、铝/铜和铝/不锈钢异种金属搭接接头,且成功焊接了铝/钢和铝/不锈钢双金属复合板。该技术以洁净高效的摩擦热为热源,采用无针柱状搅拌头,并预置合适钎料在大气环境下施焊。与传统炉中钎焊相比,因工具对界面的挤压与扭转作用,具有明显的去膜优势;与传统搅拌摩擦焊相比,该技术用母材的快速溶解代替较硬材料的塑性变形,通过"界面扭转、挤压+膜下潜流(钎料的加入)+加压挤出"多种机制有效去除母材表面的氧化膜,且可以避免较硬材料对搅拌头针端的磨损,不产生匙孔。

SiCp/Al复合材料焊接综述

为实现SiCp/Al复合材料的高质量可靠焊接,推广SiCp/Al复合材料在各领域的应用,调研了国内外SiCp/Al复合材料不同焊接方法的研究现状。在熔化焊方面,国内外学者通过调整工艺参数、在焊缝中加入Ti元素发生诱发反应等方法,抑制了焊缝中Al4C3针状脆性相的形成,从而提高了焊接接头的力学性能。在搅拌摩擦焊方面,国内外学者针对不同材料设计了专用的焊接搅拌头,以保证它们具备高耐磨性与足够的冲击韧性,在焊接过程中不出现破损情况;关注了焊接过程中焊接头转速、焊接速度、轴向力与热输入等因素,以获得力学性能优秀、晶粒细小均匀的焊接接头。在扩散焊方面,国内外学者探究了中间夹层对焊缝界面间原子相互扩散的促进作用;采取不同工艺参数,以外加超声或电子束表面加热等方式促进了原子间的相互扩散,以获得力学性能优异的焊接接头,提高焊接效率。在钎焊方面,国内外学者通过探究钎料与SiCp/Al复合材料之间的润湿性来组合钎料与钎剂,通过化学腐蚀处理表面暴露颗粒增强相、在复合材料表面电镀金属等方法来增大钎料与增强相的润湿性、解决钎料铺展受阻的问题,以进一步提高钎焊焊接接头质量。

T2-TA1搅拌摩擦钎焊接头显微组织及结合机理分析

以B-Ag45CuZnCd为中间层进行T2-TA1搅拌摩擦钎焊(FSB)搭接接头的焊接。对两种焊接参数下形成接头的显微组织进行表征。结果表明:在转速为1 500 r/min、焊速为5.7 m/h、压下量为0.3 mm条件下,Ti、Cu界面为"机械混合+冶金结合"的混合机制,焊核区界面由Ti层开始,相组成依次为α-Ti(s,s)+CuTi_2/TiCu/AgCd+Ag(s,s);在转速为1 180 r/min、焊速为9.0 m/h、压下量为0.5 mm条件下,Ti、Cu界面为冶金结合,结合区相组成为Cu(s,s)+Cu_4Ti,过渡层厚度约为8μm;热机影响区界面由Ti层开始,依次由α-Ti(s,s)+CuTi_2/AgCd+Ag(s,s)+Cu(s,s)/Cu(s,s)+Cu_4Ti/Cu(s,s)+Cu_4Ti组成;焊缝边沿区域为完全钎焊结合,界面组织为CuTi+AgCd+Ag(s,s)+Cu(s,s)。

热塑性复合材料/金属搅拌摩擦焊研究进展

热塑性复合材料作为新型轻质材料,已经广泛应用于航空航天领域。金属与热塑性复合材料的异种材料连接因其能充分发挥两种材料各自的特性而备受关注。搅拌摩擦焊作为一种低热输入的焊接技术,在金属与热塑性复合材料异种焊接领域有广阔的应用前景。从热塑性复合材料与金属的搅拌摩擦焊焊接方法、炉具设计、焊接工艺参数以及连接机制等方面综合国内外研究成果进行系统性的综述,并对热塑性复合材料/金属异种搅拌摩擦焊的未来发展趋势做出展望。

钢铝复合轨拼配与焊接技术研究

钢铝复合轨道作为现代轨道交通领域的重要创新,能够提升轨道系统的性能,并带来环境和经济效益的提升。本文综合研究了钢铝复合轨拼配与焊接技术,重点关注了钢铝复合轨的概念、结构特性、及其材料特性。并深入探讨了摩擦搅拌焊和爆炸焊接两种焊接技术的差异以及他们在钢铝复合材料中的应用。希望本文能够为理解钢铝复合轨的制造过程提供了全面的视角。

高效搅拌摩擦钎焊制备铝/钢双金属复合板的可行性研究

为验证采用作者开发的免磨损无针式搅拌摩擦钎焊(简称FSB)制备铝/钢防腐双金属复合板的可行性,研究了采用不同直径搅拌头所制备的复合板的表面成形、界面组织与性能特点.结果表明:当搅拌头直径过小(20 mm以下)时,因热输入不足使焊道表面起始端粗糙,且试样在较低载荷下便断裂于原始界面;当采用中等直径(20 mm)搅拌头时,焊道表面成形光滑,在中等焊速(150mm/min)下可获得致密的结合及良好的性能;当采用大直径(40 mm)搅拌头时,飞边陡然加剧,适当减小压入深度或提高焊速可减小飞边;由于强烈的热力联合作用,即使在高焊速(300 mm/min)下也可以获得致密的界面结合,钎料锌几乎全被挤出.因此,采用大直径搅拌头、高焊速FSB制备铝/钢双金属复合板是可行的.

颗粒增强铝基复合材料的焊接性及其搅拌摩擦焊

从化学和物理相容性角度综合分析了颗粒增强铝基复合材料的焊接性,阐述了熔化焊、钎焊、固相连接等对铝基复合材料的适应性。在介绍了搅拌摩擦焊原理的基础上,结合试验结果,着重探讨了搅拌摩擦焊焊接参数对颗粒增强铝基复合材料焊缝成型、焊接接头的组织特征及连接接头的性能的影响,说明搅拌摩擦焊用于焊接颗粒增强铝基复合材料具有明显的优势。

搅拌摩擦钎焊制备铝/钢防腐双金属复合板新技术

针对传统搅拌摩擦焊因针的磨损而难以适用钢材的不足,西安交大焊接研究所开发了一种摩擦钎焊专利技术,并用其成功地制备了铝/钢(Al/steel)防腐双金属复合板。该技术以摩擦热作为热源,采用无针柱状搅拌头,并预置合适钎料在大气环境下施焊。与传统搅拌摩擦焊的区别在于,用母材的快速熔解代替其塑性变形(特别是较硬的钢材);可避免钢材对针端的磨损;无匙孔。与传统炉中钎焊相比,免用钎剂与保护气体;加热/冷却速率快;可导入压力以挤出多余低强度、低熔点钎料,并使焊缝致密并强化;多途径有效抑制金属间化合物过度增厚。

Al-Zn-Mg系层状复合材料搅拌摩擦焊接头组织及性能

用搅拌摩擦焊焊接20 mm厚Al-Zn-Mg系3层铝合金复合板材,用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对焊接接头进行宏观和显微组织研究,通过拉伸和显微硬度研究其力学性能变化。结果表明:Al-Zn-Mg系3层铝合金搅拌摩擦焊焊核区(NZ)和热机影响区(TMAZ)发生了同层合金交叉流动,热影响区(HAZ)仍保持多层结构,连接层在热机影响区随变形发生金属流动,界面保持冶金结合。搅拌摩擦焊未热处理接头抗拉强度约为母材的70%,热处理后接头屈服强度提高,抗拉强度和伸长率有所下降;焊接接头横截面硬度分布呈"W"形,热影响区是接头的薄弱区。搅拌摩擦焊后热处理,焊核区硬度基本回升至母材硬度,而热影响区和热机影响区硬度提升不明显。搅拌摩擦焊后热处理为消除应力的回复软化和沉淀析出强化两种效应的综合作用。

铝-钢堆焊-搅拌摩擦复合焊接头特性分析

针对铝-钢异种金属焊接缺陷多、效率低等问题,提出一种堆焊-搅拌摩擦复合焊接方法,即采用旁路分流电弧焊先在钢板上堆敷铝合金,再采用搅拌摩擦焊进行铝合金堆敷层和铝合金母材的搭接焊,得到在铝-铝界面呈现典型搅拌摩擦焊"洋葱圆环"状结合的铝-铝-钢复合过渡接头.针对典型焊缝进行铝-钢异种金属接头的组织结构分析.结果表明,搅拌摩擦焊可以有效消除铝合金堆敷层中存在的气孔等缺陷,并实现金属界面层的减薄.对铝钢结合界面进行EDS扫描,在堆敷铝合金侧可以观察到呈树枝状的Fe相扩散和呈网状的不均匀Si相扩散,结合XRD(X-ray diffraction)分析其主要成分为Al_(5)Fe_(2)Zn_(0.4)和Al_(7)Fe_(3)Si_(0.3).对接头试样进行拉伸试验,拉伸接头断裂在铝合金母材处,达到铝合金母材强度的100%,符合接头应用的力学指标.

搅拌摩擦钎焊及其在异种金属搭接焊与复合板制备中的应用

目的克服搅拌摩擦搭接焊(FSLW)焊道狭窄、界面钩型缺陷、匙孔及工具磨损的问题。方法开发了采用无针工具并预置钎料的搅拌摩擦钎焊(FSB)新工艺。综述了FSB要点、优点及主要应用场合。结果FSB利用母材向钎料中的快速溶解替代塑性变形,降低了通过塑性流动实现上下界面混合的苛求。FSB综合了FSW方法的机械去膜、钎焊方法的焊接面积宽大的优点,尤其是可利用双重机制--钎料的冶金作用(共晶反应)及旋转轴肩的力学作用实现界面去膜,并大幅拓宽单道焊合宽度至轴肩直径,故可在大气环境下利用摩擦实现宽幅高效焊接。结论 FSB可用于在大气环境下,实现Al/X与Cu/X异种金属大面积搭接焊、选区复合(比爆炸复合的优点)、复合板与复合管制备等。

搅拌摩擦钎焊(FSB)新工艺及其在Al/Ti搭接焊与Al/Fe复合管制备中的应用

搅拌摩擦钎焊(FSB:Friction Stir Brazing)采用无搅拌针工具并辅之以能与母材发生共晶反应的钎料,通过挤出共晶液相带出氧化膜,以此代替塑性流动实现去膜并拓宽焊幅,从而解决了搅拌摩擦搭接焊中存在的搅拌区内上/下混合困难、搅拌区边缘存在钩型缺陷并易延伸入搅拌核区内、焊幅狭窄、匙孔与针的磨损问题。相比传统炉中钎焊,FSB具有强机械去膜能力,可改善润湿性,能在大气环境下施焊。简要综述了搅拌摩擦焊与钎焊两种方法新发展(熔-钎焊、超声波辅助钎焊、搅拌摩擦钎焊;其中后两者为国内研究人员所发明),主要介绍了利用FSB进行铝板与高强高活性Ti材(Al/TC4)、高约束应力的管材(Al/Fe复合方管)的焊接与复合结果;证明了FSB具有在大气环境下进行Al与异种金属(钢、钛等)搭接焊或层状复合的应用前景。

搅拌摩擦焊接技术最新进展

搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding,简称FSW)是由英国焊接研究所TWI于1991年开发的专利技术,并且在随后取得了巨大的进展。综述了近10年来国内外搅拌摩擦焊技术的发展概况和最新进展,阐述了搅拌摩擦焊技术的原理、工艺特点及其广泛的工业应用前景,指出搅拌摩擦焊技术研究的必要性和紧迫性。

颗粒增强铝基复合材料SiC_P/6066Al搅拌摩擦焊

针对熔化焊、钎焊在铝基复合材料连接中存在的问题,提出了一种新型连接方法搅拌摩擦焊。研究了颗粒增强SiCP/6066Al铝基复合材料的搅拌摩擦焊连接工艺,对焊缝成形特点、接头组织特征进行了分析探讨。研究结果表明,经过搅拌摩擦焊之后,焊缝成形良好,焊缝区晶粒细小均匀,呈弥散分布,因而,搅拌摩擦焊的接头综合性能良好。

铝(铜)/不锈钢异种金属大直径搅拌摩擦钎焊界面组织特征与工具的去膜效果

为了同时消除搅拌摩擦搭接焊过程中搅拌针的磨损与匙孔、增大单次焊道的焊合面积,开发了无针工具并预置钎料的搅拌摩擦钎焊(FSB)新工艺。为进一步证明FSB可利用旋转工具借助机械途径破除界面氧化膜、改善润湿性,选折了表面氧化膜难破除的不锈钢(SUS)作为下板的两种异质金属组合(Al/SUS与Cu/SUS),采用Φ40 mm大直径无针工具与Zn箔钎料施焊。微观组织分析发现,Al/SUS组合在不锈钢界面侧形成了6～7μm连续金属间化合物层,并在Al侧形成了约20μm混有少量粒状物(含Fe)的混合层;特别是铜作上板的Cu/SUS组合,众多粒径约2μm不锈钢微粒被搅拌混入上板Cu材中,形成厚约5μm的复合材料式界面层。上述结果表明, FSB无针工具在直接搅拌上板表面的同时,又能间接搅拌焊接界面以破除界面氧化膜;同时界面处的搅拌破膜效果与上板的软化程度、屈服强度等因素有关。

搅拌摩擦焊接技术的研究现状与前景展望

搅拌摩擦焊接技术是近年来发展较快的一种焊接技术,目前在多个行业中获得了深度关注并取得了飞速发展,研究材料从最初的铝合金到现在涵盖了多种的金属材料、轻合金材料、非金属材料等;搅拌头结构也已经多种化,从传统的结构发展到现在的以双头搅拌头、固定轴肩搅拌头和浮动轴肩搅拌头等为代表的创新形式焊接工具,焊接工艺从单一以控制转速比、轴向压力、焊接倾角和下压量的单热源摩擦焊再到为解决高熔点金属的搅拌摩擦焊应用的先进焊接技术,如激光、等离子、超声-搅拌摩擦复合焊等以及电磁感应-摩擦复合焊等复合焊接方法。搅拌摩擦焊接技术以其巨大发展潜力和独有的技术优势迅速得到社会的认可和技术推广,逐渐成为当下最热门的固相连接技术方法之一。

铜合金塑性与成分对其与钢材搅拌摩擦钎焊可焊性的影响

为了解决搭接搅拌摩擦焊中出现的搅拌针磨损、焊接区域窄、钩型缺陷等问题,将搅拌摩擦钎焊(FSB)技术分别应用于含锡铅青铜(Cu-Sn-Pb)、H62黄铜及T2紫铜与45钢的连接,以研究上方铜合金塑性与成分对界面接合的影响。结果显示,以Sn作钎料的T2/45钢接头表面成形好,焊合率95%,仅在前进侧出现局部未焊合缺陷;以Zn作钎料的含锡铅青铜/45钢组合因该铜合金热裂而无法形成接头,原因是含锡铅青铜中偏聚的铅块会导致热裂纹,并使润湿性变差;以Zn作钎料,H62黄铜/45钢接头表面成形光滑,但因界面冶金反应不够充分,接头强度低。研究表明,FSB中上方工件的室温与高温塑形和成分分别对焊接接头表面成形和界面反应有显著影响;Cu-Sn-Pb过度溶解(溶穿出现裂纹)与H62黄铜溶解不足都影响结合强度,T2紫铜适度溶解与合金化有利于改善界面致密性与强度。

基于ISO 25239-4标准搅拌摩擦焊工艺评定的应用

文中以高速动车组车钩面板搅拌摩擦焊为例,按ISO 25239-4标准进行焊接工艺评定,在制定pWPS时应选择与实际产品相匹配的接头形式、母材组别及母材厚度。焊后按标准进行外观检验、拉伸试验、弯曲试验、宏观试验,合格后出具WPQR,并以此为依据颁布用于生产的WPS。ISO 25239-4标准中无母材、接头类型及厚度的覆盖范围,实际生产时严格按照WPS中的各项参数进行焊接。WPS中的参数有任何变化需重新进行焊接工艺评定。

搅拌摩擦焊研究进展及前景展望

搅拌摩擦焊 (FrictionStirWelding ,简称FSW)是针对焊接性差的铝合金开发的一种新型固相焊接工艺 ,由英国焊接研究所TWI(TheWeldingInstitute)于 1991年开发的专利技术。文中对搅拌摩擦焊工艺进行简单介绍并对研究现状做了比较详尽的总结 ,涉及搅拌摩擦焊机理即塑性流体运动情况及“洋葱”圆环的形成机理、适用母材、接头微观组织、力学性能、焊接工具、复合焊接工艺及搅拌摩擦焊应用领域 ,并展望FSW的发展前景。