Cu和Ni中间层对铝/钢异种金属搅拌摩擦搭接焊接头界面微观组织及剪切性能的影响

采用搅拌摩擦搭接焊(FSLW)对添加Cu和Ni中间层的6061-T6铝合金和QP1180钢进行焊接,研究接头微观组织及力学性能。结果表明, FSLW可以成功制备出成形性良好的Al-Cu-Fe及Al-Ni-Fe接头, Cu粉和Ni粉均与基体结合良好。Cu粉阻隔了Al-Fe之间的元素扩散,接头金属间化合物(IMCs)种类为Al Cu和Al_(3)Cu_(2),无Al-Fe IMCs生成;Ni粉无法完全阻隔Al-Fe之间的反应, IMCs种类为Al_(3)Ni_(2)和Al Fe_(3)。Al-Ni-Fe接头中产生的IMCs与基体之间的平均错配度低于Al-Cu-Fe接头中IMCs与基之间的平均错配度,表明Al-Ni-Fe接头中产生的IMCs与基体之间的结合强度优于Al-Cu-Fe接头中产生的IMCs与基体之间的结合强度,因此Al-Ni-Fe接头剪切强度(7.86 k N)优于Al-Cu-Fe接头剪切强度(4.62 k N)。

AZ31/LA141搅拌摩擦搭接焊工艺及性能研究

借助体视镜、光学显微镜、万能试验机和维氏显微硬度计探究不同旋转速度对AZ31/LA141异种材料搅拌摩擦搭接焊接头组织、显微硬度和剪切性能的影响。结果表明:当焊接速度为0.1 m/min,旋转速度为1400~1800 r/min时,焊缝质量良好,无明显缺陷。同一焊接参数下,上层AZ31和下层LA141的前进侧热影响区晶粒尺寸均大于后退侧,而前进侧热机影响区晶粒尺寸的变化趋势小于后退侧。前进侧热机影响区晶粒尺寸随旋转速度的增加而增加。当旋转速度增大时,上层AZ31和下层LA141的显微硬度均增大,焊核区的显微硬度最大值为68.2HV。搅拌摩擦搭接焊接头的拉剪力先增后减,当焊接速度为0.1 m/min,旋转速度为1600 r/min时,拉剪力达到最大值2313.5 N。

轨道车辆薄壁板梁结构塞焊与搭接焊的变形和应力研究

车顶薄壁板梁结构作为轨道车辆的重要组成部分,其焊接质量对车辆的安全性和使用寿命起到关键作用。文中针对车顶薄壁板梁结构的塞焊与搭接焊进行了变形和残余应力的研究,通过对车顶薄壁板梁结构的塞焊与搭接焊过程进行仿真分析,获得了焊接过程中的变形和应力场分布。评估了塞焊与搭接焊对车顶薄壁板梁结构的影响。研究结果表明,塞焊与搭接焊会导致车顶薄壁板梁结构产生一定的变形和残余应力。塞焊的等效残余应力在焊接过程中均保持较小值,最终焊接等效残余应力为21.30 MPa。而相比之下的搭接焊缝,在焊接过程中会出现较大的等效应力,最终应力释放完成后的等效残余应力为26.41 MPa,大于塞焊方式的等效残余应力。与此同时,塞焊的变形及焊接区域小于搭接焊的,其热输入导致的变形也小于搭接焊。塞焊方式在车体上面的作业量小于搭接焊的,导致了其残余应力和变形也小于搭接焊方式,在强度允许的前提下,塞焊方式是优选的焊接方式。这些研究成果对于轨道车辆结构设计和焊接工艺的优化具有重要的参考价值,也为提高车辆的安全性和可靠性提供了理论和实践支持。

工艺参数对镁/钢搅拌摩擦搭接焊组织与性能的影响

对2.5 mm厚的AZ31B镁合金和2 mm厚的DP600高强钢平板进行搅拌摩擦搭接焊连接实验。通过金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、射线衍射仪(XRD)、拉伸实验和硬度测试,研究工艺参数对镁/钢搭接接头显微组织、连接机理和力学性能影响。结果表明:镁/钢接头连接机制为机械结合,且随着焊接进给速度增大,接头拉伸性能降低;随着旋转速度增大,接头拉伸性能先增强再降低。在进给速度80 mm/min,旋转速度900 r/min时达到最大剪切破坏载荷为295.8 N/mm。界面处晶粒细化显著,硬度明显高于母材。

波形钢板墙与框架柱搭接焊连接力学性能数值模拟

波形钢板墙与框架柱连接方式,类似于平钢板剪力墙与框架柱的连接方式,即采用搭接焊连接。对于能否采用单侧搭接焊连接满足剪力墙抗剪连接强度要求,通过整体壳单元模型进行抗剪数值模拟,并利用双侧角焊缝与单侧角焊缝进行对比分析。结果表明,单侧角焊缝具有较好的传力性能,能满足钢板剪力墙连接抗剪性能不低于墙体本身抗剪性能的规范要求。

AZ31B镁合金连铸板材双道搅拌摩擦搭接焊的力学性能

对AZ31B镁合金连铸板材进行搅拌头逆时针与顺时针不同结合形式的双道搅拌摩擦搭接焊。对焊缝横截面进行了观察,测量了接头的显微硬度,对试样进行了剪切试验和断口扫描分析。结果表明:所有焊缝均有孔洞缺陷;焊核区硬度值相对较大;过渡区硬度值起伏波动较大,略低于母材硬度值;整体上试样后退侧硬度值略高于前进侧;当两道焊接的搅拌头旋转方向均为逆时针时,搭接接头承受的剪切力最大,为6.58 kN,在上板前进侧的迁移线位置发生断裂,断裂形式属于脆性断裂。

动力电池1060铝合金薄板可调环形光斑激光搭接焊工艺优化

激光焊接为动力电池铝合金薄板焊接提供了有效技术手段,然而传统激光焊接工艺在高焊接速度要求下易产生飞溅、气孔等缺陷,影响构件的服役性能.文中开展可调环形光斑激光搭接焊工艺调控研究,阐明了中心-环形激光功率对焊缝成形的影响规律,在此基础上,确定了无飞溅、少气孔、大搭接面熔宽的高速稳定焊接工艺窗口.在上述工艺窗口范围内,以小熔深波动与大搭接面熔宽作为目标,基于Kriging模型与NSGA-Ⅱ遗传算法开展多目标工艺参数优化.经验证,在焊接速度70 mm/s以上,焊缝成形质量进一步得到提升,搭接面熔宽提高8.89%、熔深波动小于10%、无明显成形缺陷.

TC4/CFRTP叠层结构摩擦搭接焊接过程温度场研究

为了研究TC4钛合金与碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)叠层结构摩擦搭接焊(friction lap joining,FLJ)过程中的温度变化及其影响,建立了摩擦热源以及热传导的三维几何模型。利用ABAQUS软件进行模拟,得到了FLJ过程的温度场及热循环曲线,分析了旋转速率和焊接速率等参量对温度场的影响规律。并进行了TC4/CFRTP摩擦搭接焊试验,通过连接区域的显微形貌观察分析了温度变化对焊接缺陷的影响。结果表明,模型能够快速、准确模拟TC4/CFRTP叠层结构FLJ过程的温度变化;旋转速率越大、焊接速率越小,则连接区域温度越高;过高的温度导致CFRTP的热塑性基体发生热降解,未能及时排出的热解气体在连接区域形成气泡,气泡数量及大小随温度升高而增多、增大。

光束摆动对T2紫铜激光搭接焊缝成形及力学性能的影响

目的采用激光光束摆动方式改善T2紫铜激光焊接的焊缝质量,提高T2紫铜搭接焊接头的力学性能。方法对比不同摆动模式下T2紫铜搭接焊接头的焊缝成形,测试圆形摆动模式下摆动频率和摆动幅度对接头横截面形状的影响。采用显微镜观察分析焊缝金相组织,并研究摆动工艺参数对显微硬度、抗剪力的影响规律,最终得到最佳的工艺参数组合。结果相对于常规激光焊接和横向、无穷摆动模式,圆形摆动模式下T2紫铜焊缝成形最好。圆形摆动模式下,摆动频率从100 Hz增大到600 Hz时,熔深相应减小,熔宽变化不大;摆动幅度从0 mm增大到2 mm时,熔深相应减小,熔宽增大。接头断裂形式一般为焊缝边缘断裂,且接头光束摆动重熔区域等轴晶有所增加。当摆动频率由100 Hz增大到500 Hz时,结合面熔宽变化不大,显微硬度相应增大,接头得到强化,抗剪力由2.07 kN增大至2.32 kN;当摆动幅度从0 mm增大到1.2 mm时,显微硬度有所降低,结合面熔宽由0.332 mm增大到1.347 mm,抗剪力随之由1.35 kN增大至2.36 kN。结论圆形光束摆动模式下,当A=1 mm,f≥300 Hz或f=300 Hz,1 mm≤A≤1.5 mm时,能明显改善T2紫铜表面焊缝质量;激光光束的摆动有利于增大结合面熔宽,从而提高T2紫铜搭接焊接头的力学性能。

低频脉冲磁场对TIG搭接焊电弧及焊缝成形的影响

薄板搭接接头较其它接头焊缝成形难以控制,焊接过程中加入磁场可以有效改善焊缝成形。本文研究了外加低频脉冲纵向磁场对TIG搭接焊电弧及焊缝成形的影响。利用高速摄像机拍摄磁场作用下的TIG焊电弧,利用显微镜测量焊缝的熔宽与熔深,测定电弧轴线相对于焊枪轴线的偏转角度。结果表明,在外加脉冲纵向磁场的作用下,电弧沿着焊枪轴线发生旋转运动,并且随着脉冲频率的增加,电弧的旋转运动加快;磁场频率为100 Hz时,熔宽和熔深达到最大值,熔宽为10.87 mm,熔深为5.36 mm;电弧的偏转角度最大,偏转角为41°。

AZ31/LA141搅拌摩擦搭接焊接头的组织与力学性能

为了扩大搅拌摩擦搭接焊在镁合金异种材料的市场应用范围,采用搅拌摩擦搭接焊工艺对AZ31镁合金和LA141镁锂合金进行焊接。借助光学显微镜、维氏硬度计和万能试验机等仪器设备研究了搅拌摩擦搭接焊接头的显微组织,测试了接头的显微硬度和剪切拉伸。结果表明,当旋转速度为1800 r/min,焊接速度在80~120 mm/min之间时,AZ31/LA141搅拌摩擦搭接焊成形良好,无明显缺陷。在相同的焊接工艺参数条件下,上层AZ31和下层LA141前进侧热机影响区的晶粒尺寸均小于后退侧热机影响区的晶粒尺寸,而前进侧热影响区却与之相反,其晶粒尺寸均大于后退侧热影响区的晶粒尺寸。当焊接速度变大时,上层AZ31和下层LA141前进侧热机影响区的晶粒尺寸均随之变小。上层AZ31和下层LA141焊核区的显微硬度值变化趋势不同,前者先变大后变小,而后者却呈现变大的趋势。AZ31/LA141搭接接头拉剪力随着焊接速度的增加呈现先增加后减小的趋势。

转速对6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的影响

目的研究不同转速条件下6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的变化规律,为工程实践应用提供参考。方法在不同旋转速度(800、1200、1500 r/min)下对4 mm厚的6061铝合金进行搅拌摩擦搭接焊实验,固定进给速度和轴肩下压量,研究搅拌头转速对接头宏观组织、微观组织和力学性能的影响。结果所有接头均没有出现明显缺陷,当转速为1500 r/min时,搅拌区晶粒尺寸细化明显,最大失效载荷达到母材的75%,上板和下板的硬度曲线都呈“W”形;当转速为800 r/min和1200 r/min时,下板硬度曲线呈“V”形。随着转速的增大,有效搭接宽度逐渐增大,接头的平均拉剪强度也在增大,所有接头都在前进侧断裂,断裂形式均为拉伸断裂。结论转速的提升增加了焊接热输入量和机械搅拌作用,促进了有效搭接宽度的增大和晶粒尺寸的细化,但未能改变钩状缺陷的形成及延伸方向。当转速为1500 r/min时,热输入量较大,搅拌区范围相对较大,下板存在更大面积的搅拌区,其硬度规律与上板的相似。所有接头均为拉伸断裂,断裂位置在热影响区附近,说明搭接接头连接良好。

镀锌薄板的熔化极气体保护搭接焊气孔产生机理研究现状

镀锌薄板的熔化极气体保护搭接焊被广泛用于汽车制造过程中,如何获得低气孔率的焊缝受到焊接界的持续关注。气孔的来源主要为搭接面的锌蒸气,其逃逸通道有3个:电弧空间、熔池高温区域和搭接间隙。文中对如何使用前2个通道来获得低气孔率焊缝的研究现状进行了综述。

基于CEL方法的异种合金搅拌摩擦搭接焊数值模拟

基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法,建立铝-镁异种合金搅拌摩擦搭接焊(FSLW)的数值模型,分析了等效塑性应变分布特点和焊接缺陷的形成。结果表明,焊缝表面的等效塑性应变明显高于搭接面,且焊缝两侧的等效塑性应变分布明显不对称。增大转速可提高等效塑性应变。当转速从1400 r/min增大为1600 r/min时,搭接面的等效塑性应变整体增幅不大,此时增大转速对塑性变形影响较小,但前进侧等效塑性应变明显高于后退侧。在转速1000 r/min条件下,通过数值模拟发现,搭接面前进侧出现孔洞缺陷;转速分别为800 r/min和1400 r/min条件下,通过数值模拟分析了焊缝表面飞边的特点,并通过试验验证了孔洞和飞边。在搭接量60 mm、转速1400 r/min、焊速120 mm/min的条件下,能够观察到在焊核区中心存在等轴晶粒以及2种材料结合面处的沿晶粒生长方向的柱状晶。

铁道客车用SUS301L不锈钢非熔透型激光搭接焊工艺

针对不锈钢车体电阻点焊外观质量较差和密封性不良等问题,研究采用非熔透型激光搭接焊工艺进行不锈钢车体焊接,分析了激光焊接工艺参数(激光功率P、焊接速度v、离焦量F等)对搭接焊熔深和抗剪强度的影响规律,得出合理的激光搭接焊工艺参数为:P=2.0kW,v=22mm/s,F=0mm。激光焊接头剪切强度高于点焊接头,外墙板表面无焊接痕迹。

不锈钢车体非熔透激光搭接焊热源模型

用激光搭接焊取代电阻点焊是解决不锈钢车体表面质量和密封性问题的理想方法,但在不锈钢车体非熔透型激光搭接焊工艺试验过程中,发现在常用的激光焊接工艺参数范围内,搭接接头的熔池形状近似花瓶状,不同于通常情况下热导焊时呈碗状和深熔焊时呈钉形.为此,基于ABAQUS有限元分析软件,分别对高斯热源、高斯热源+柱体热源、三维正锥体热源+三维倒锥体热源+半椭球热源等不同热源模型下激光焊接温度场进行了数值模拟.结果表明,采用三维正锥体热源+三维倒锥体热源+半椭球热源的组合模式下获得的熔池形状与试验结果拟合良好.

钢/铝激光搭接焊接头的抗拉强度、显微组织及断裂模式

通过激光搭接焊实现5052铝合金与DP780双相钢异种金属的连接。对焊接过程的金属蒸气和飞溅进行高速摄像检测,并利用万能试验机对焊接接头进行力学性能测试,分析搭接剪切力随激光焊接参数的变化规律。分别采用光学显微镜和扫描电子显微镜对样品进行表征。通过显微组织观察发现在钢/铝界面形成3种不同的金属间化合物相,即带状Fe2Al5、FeAl2和针状FeAl3,探索在不同的激光热量输入下,搭接抗拉强度、激光参数和失效断裂模式之间的关系。结果表明,钢/铝接头在低热量输入和高热量输入出现两种不同的断裂模式,分别为沿焊缝热影响区和沿铝钢接合界面断面,并均为脆性断裂。此外,发现断裂界面都出现裂纹,且在断裂的微观形态中生成针状簇。

车身零部件的激光搭接焊与电阻点焊对比分析

针对某车身零部件上不同厚度的同种板材,分别进行电阻点焊和不同焊缝长度的激光焊接试验研究,根据拉剪试验结果,得出各种影响因素下相当于一个电阻点焊性能的最短激光焊缝长度,然后对两种焊接接头的金相组织进行比较分析,最后对某一车门总成分别进行电阻焊与激光焊试验。结果表明:激光焊接焊缝长度的确定与板材厚度和焊缝表面熔宽有一定的关系;激光焊接接头的显微组织较电阻焊接头细小均匀;根据激光焊缝长度制定方法布置焊缝的车门整体质量和性能更好,且激光焊接过程柔性更高。

TC4钛合金搅拌摩擦搭接焊的温度场模拟

建立了TC4钛合金搅拌摩擦搭接焊的有限元模型,基于温度测试结果设置了搅拌摩擦搭接焊的边界条件,进行了搅拌摩擦搭接焊温度场的数值模拟,并对温度模拟结果与测温试验结果进行了对比。结果表明,温度模拟曲线与实测温度曲线趋势相同,二者的焊接温度峰值相差较小;焊接温度峰值随焊接速度的增加而减小。焊缝温度峰值出现在与搅拌头直接接触的区域,位于搅拌头作用区的后方。焊缝区域的温度场沿板厚方向呈上宽下窄的碗型形貌分布。

不同环境下X65管线钢摩擦塞焊搭接焊接头组织和力学性能分析

为了研究摩擦塞焊搭接接头的金相组织和力学性能,分别在空气中和水下对圆锥形搭接试样进行试验.结果表明,在空气中焊接时,没有焊接缺陷的产生;在水下焊接时,低的焊接工艺参数导致接头产生未填充和未连接两种焊接缺陷.接头中焊缝和热影响区组织为上贝氏体,母材为细小的铁素体和珠光体组织.接头的硬度分布为母材最低,热影响区次之,焊缝最高,水下搭接接头的硬度一般高于空气中接头的硬度.在空气中焊接时,只有塞孔底部的拉伸试样断裂在结合线处;而在水下焊接时,靠近塞孔底部的两个拉伸试样在结合线处发生断裂.