搅拌针长度对铝-铜搭接搅拌摩擦焊影响机制的数值模拟研究

利用流体动力学的计算方法,分别建立了长度为2.4mm和2.8mm搅拌针的铝-铜异质材料搅拌摩擦搭接焊模型。基于VOF计算铝-铜两相分布的方法,定量分析了不同长度的搅拌针下两相材料流动和界面热-力耦合效应。通过界面摩擦切应力与热流通过搅拌头与工件接触界面的相对滑移状态计算,搭建了随材料流动状态变化的界面动态自适应热力模型。分析发现:增加搅拌针长度能有效强化两相材料的混合与搅拌区的塑性变形,焊缝后退侧的钩状组织更加尖锐。随着材料流动速度提升,界面摩擦切应力降低,进而引起界面摩擦产热和热流密度降低。但局部塑性流动的增强提升了塑性变形区域的黏性耗散产热和温度,且铝在垂直方向上的迁移更加剧烈,使铝-铜异质金属搭接界面的混合区扩大。此外,通过将仿真得到的焊缝横断面两相材料的界面分布与相关文献试验数据进行对比,验证了模型的准确性。

搅拌针长度对2A14铝合金锁底结构搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

对由2A14铝合金退火态叉形环和淬火+人工时效态短壳组成的锁底结构(槽深6mm)进行搅拌摩擦焊,研究了搅拌针长度(4.07.0mm)对接头组织和性能的影响。结果表明:搅拌针长度小于6.0mm时,接头根部出现未焊透缺陷,搅拌针长度不小于6.0mm时,短壳一侧焊缝边缘出现"Hook"缺陷,且其高度随着搅拌针长度增加而增大;随搅拌针长度增加,焊核区晶粒尺寸先减小后增大,拉伸性能先增大后减小,搅拌针长度为6.0 mm时,焊核区晶粒尺寸最小,硬度最高,拉伸性能最好;搅拌针长度为4.0mm时,接头拉伸断口出现分层,呈准解理和韧窝的混合断裂模式,搅拌针长度不小于6.0mm时,接头呈韧性断裂。

搅拌针长度对搅拌摩擦搭接焊铝合金/钢异种材料接头组织性能的影响

通过搅拌摩擦搭接焊接6061铝合金/QP980钢异种材料,讨论了搅拌针长度(1.5和2.1 mm)对焊接接头组织和性能的影响。结果表明,6061铝合金/QP980钢搅拌摩擦搭接焊接头分为3层结构:上层为铝合金层,中间层为Fe、Al及金属间化合物混合层状结构,下层为钢层。其中,当搅拌针长2.1 mm时,铝合金层含有散落的钢碎片。在中间层检测到2种金属间化合物,靠近Al的深灰色层为Fe_(4)Al_(13)相,靠近钢的是Fe_(2)Al_(5)相。随着搅拌针长度的增加,接头的失效载荷从4 kN降低到3 kN。短探针焊接的接头在接合界面处断裂,而长探针焊接的接头在铝和钢的混合区断裂。孔洞缺陷和钢碎片是导致断裂位置发生变化的主要原因。此外,嵌入铝基体中的铁屑在变形过程中起应力集中和裂纹萌生的作用,降低了接头的力学性能。

根部未焊透对搅拌摩擦焊接接头力学性能的影响

采用针长为2.6～3.1mm的搅拌头对厚为3.2 mm的2024-T3铝合金进行搅拌摩擦焊接,通过金相观察、力学性能测试和断口扫描,研究了根部未焊透对接头性能的影响.研究结果表明,在固定工艺参数和压入量条件下,当搅拌针长度减小时,根部未焊透缺陷由弱连接线转变成弱连接线和残余原始对接线共同组成;当板厚与搅拌头长度差小于0.4 mm时,接头强度可达母材的80％以上;根据断口扫描结果可知,充分焊透的接头表现为韧性断裂形式,当根部出现未焊透缺陷时,接头塑性变形能力显著降低.

异种铝合金搅拌摩擦点焊工艺研究

研究了搅拌针长度对Al5754/Al6111搅拌摩擦点焊接头力学性能的影响。结果表明,在保持轴肩压入深度为500μm条件下,搅拌针长度从1.6 mm增加到2.0 mm的过程中,点焊接头的力学性能无明显变化;当搅拌针长度继续增加到2.2 mm时,点焊接头的力学性能迅速提高。通过分析提出高度锯齿状的HOOK形貌是点焊接头力学性能提高的主要原因。

工艺参数对5754铝合金搅拌摩擦焊搭接接头剪切性能的影响

在旋转速度800 r/min和焊接速度300 mm/min条件下,对3 mm厚的5754铝合金板材进行搅拌摩擦焊搭接试验,研究了工艺参数(搅拌针长度、轴肩尺寸和上板承力位置)对搭接接头拉伸性能的影响规律。结果表明,搅拌针长度由3.2 mm增加到5 mm时,可以消除AS侧的隧道缺陷,但Hook缺陷依然存在于RS侧;当上板前进侧承力时,产生较大面积的隧道缺陷;当轴肩尺寸由12 mm增大到16 mm时,隧道缺陷消除,但是在AS和RS侧均存在Hook缺陷。5754铝合金FSW搭接接头的最大拉力和抗剪强度受隧道缺陷和Hook缺陷影响显著,当搅拌针长度5.0 mm或轴肩尺寸16 mm时,搭接接头的微观组织中没有隧道缺陷,并且Hook缺陷尺寸较小,5754铝合金搅拌摩擦焊接头的最大拉力较大,抗剪强度较高。

Effect of pin penetration depth on double-sided friction stir welded joints of AA6061-T913 alloy

Friction stir welding (FSW) of aluminum alloys is currently utilized in several modern industries. The joints must have sufficient elastic?plastic response and formability levels similar to that of the base metal. In this work, double-sided FSW of AA6061 sheet was compared with its conventional single-sided one. An adjustable tool with different pin lengths (50%?95% of the sheet thickness) was used to perform the double-sided welds. Macro- and micro-structures, strength, and hardness of the joints were investigated to determine the optimum pin penetration depth. The best results were obtained for a double-sided joint made by a pin length equal to 65% of the sheet thickness, which showed an increase of 41% in the ultimate tensile strength compared with the single-sided joint.