铝合金摩擦搅拌焊接焊区的I/II型复合断裂研究

采用二维计算机视觉-数字图像比对技术,进行裂纹稳定扩展实时表面位移测量,定量分析了铝合金2024-T351母材及摩擦搅拌焊接后不均匀、各向异性的焊区的I/II型复合裂纹稳定扩展的断裂性能、临界COD及其分量CODI和CODII.并研究了母材及焊区裂纹的扩展路径.结果表明(1)距裂纹尖端后某一固定距离的临界COD可反映焊区的断裂韧性,(2)临界COD值反映复合裂纹的扩展受I型或II型裂纹扩展主导,(3)焊区的临界COD值对应地为母材的85%,(4)用数字图像比对技术分析I/II型裂纹的断裂性能是切实可行的一种新方法.

用摩擦搅拌焊接法对纯钛与AZ31镁合金焊接性能的研究

钛合金和镁合金作为代表性的轻量高强金属材料正在得到广泛的应用，若有可能使镁合金和钛合金异种金属材料焊接，将发挥它们轻量化的特性，但是由于钛合金的熔点在镁合金的沸点以上，当用熔融焊接法时会使熔融部发生二相分离，无法形成焊缝而难以焊接。关于镁合金和钛合金的焊接研究，有电阻焊和摩擦压接焊等，但未见有详细的报告。

摩擦搅拌焊接和摩擦搅拌加工技术的应用现状

综合评述了摩擦搅拌焊接技术(FSW)在航空航天器、船舶、陆路交通工具等制造领域的应用现状。摩擦搅拌加工技术(FSP)是近些年发展起来的一种金属材料新型加工处理技术,简介了该技术的基本原理,以及在晶粒细化、制备超塑性材料与表面复合材料中的应用。展望了摩擦搅拌焊接及摩擦搅拌加工技术的应用前景。

一种多用途的新焊接工艺——摩擦搅拌焊接法

人们对于弧光闪闪的电弧焊并不陌生,从与生活密切相关的手工作坊,到现代化大型制造、修理工厂的自动生产线,电弧焊随处可见.目前,广泛应用于汽车、火车、飞机、船舶等铝合金的焊接作业,一般采用了MIG(金属极惰性气体保护电弧焊)等.但是,最近以来,一种焊接变形小,焊接质量高于电弧焊,并具有一系列独特优点的摩擦搅拌焊接工艺取得了长足的发展,在铝合金的焊接中显示了明显的优势,可取得良好的经济技术效益.而普通电弧焊必须用高温电弧熔化被接合金属及填充焊丝,所以在任何接合部均发生材料的热变形问题,尤其是车辆的车体、船舶等板材如发生热变形,处理起来很麻烦,效果也不好.

协同双面搅拌摩擦焊接技术

协同双面搅拌摩擦焊接(SDS-FSW)作为搅拌摩擦焊接技术的一种新的改进形式,显著改善了传统搅拌摩擦焊接变形大、焊接效率低等问题,对焊接质量也有提升作用,适用于大尺寸、大厚度的板材或型材的焊接。但目前SDS-FSW仍处于初始研发阶段,相关的理论及应用研究较少,研究成果主要集中在6061铝合金上。本文主要介绍SDS-FSW技术的发展历程、技术特点与典型研究结果及应用前景,以期为SDS-FSW技术的发展及实际工程推广提供参考。

SS304和Q235异种钢搅拌摩擦焊接头腐蚀有限元模拟

针对异种金属焊接接头易于发生电偶腐蚀,基于腐蚀电化学原理,将动电位极化曲线参数和金相组织面积比例等作为边界条件,采用有限元分析软件COMSOL对Q235低碳钢和304不锈钢(SS304)异种钢FSW接头不同区域腐蚀行为进行了预测,研究了焊接接头不同区域宏观和微观电偶腐蚀电位分布和电流密度的变化规律。结果表明,在宏观电偶腐蚀中,腐蚀深度的最大值位于SS304后退侧(RS_(304))与搅拌区(SZ)的交界处,约为Q235低碳钢母材(BM_(Q235))的5倍,各区电流密度随腐蚀时间的增长而增大,在微观电偶腐蚀中,腐蚀深度的最大值位于SS304侧搅拌区(SZ_(304))与Q235侧搅拌区(SZ_(Q235))的交界处,约为BM_(Q235)的1.2倍,并且珠光体组织面积比例越大,耐蚀性越差。采用该有限元模型可以预测异种钢搅拌摩擦焊接头不同区域的腐蚀行为。

基于分区表征的异质金属搅拌摩擦焊接残余变形数值模拟

为了研究焊缝材料屈服强度变化与焊接残余变形之间的关联机制,提出了基于力学性能分区表征的异质金属搅拌摩擦焊接残余变形计算方法。通过搅拌摩擦焊接实验研究了搅拌头转动方向对搅拌摩擦焊接搅拌区的力学性能曲线影响,并以实验测定的材料本构关系定义搅拌区材料的屈服强度,通过分区表征不同的屈服强度,建立了搅拌摩擦焊接的顺序热力耦合模型,结合分区表征模型研究了搅拌区屈服强度变化对异质金属搅拌摩擦焊接残余变形的影响。结果表明,前进侧材料为2024-T3,后退侧材料为6061-T6时,搅拌区屈服强度为171 MPa、抗拉强度为194 MPa,前进侧和后退侧材料互换,搅拌区屈服强度为166 MPa、抗拉强度为186 MPa。前进侧材料和后退侧材料互换后屈服强度和抗拉强度产生差异的原因是前进侧和后退侧材料的流动行为差异。以实测的力学性能曲线为依据,建立了搅拌摩擦焊接异质合金的顺序热力耦合模型,前进侧材料为2024-T3,后退侧材料为6061-T6时,搅拌摩擦焊接构件最大残余变形为1.2 mm,前进侧材料为6061-T6,后退侧材料为2024-T3时,搅拌摩擦焊接构件最大残余变形为1.3 mm。随着搅拌区材料屈服强度提升,搅拌区弯曲刚度增加,导致残余变形减小。

外部能场辅助搅拌摩擦焊接技术综述

外部能场辅助搅拌摩擦焊接是一种改进型固相焊接方法,在航空航天、汽车制造、能源领域等方面得到了广泛应用,通过引入外部能场,可以改善焊接接头的组织和性能,提高焊接质量和效率。本文对外部能场辅助搅拌摩擦焊接技术进行了分类,综述了能场的选择和控制、工艺参数的优化等,阐述了外部能场对焊接温度、轴向载荷、接头组织性能的影响,最后总结了外部能场辅助搅拌摩擦焊接技术未来的发展趋势。

搅拌摩擦焊接机床轨迹时间优化及其拐点切向跟随方法研究

为了解决搅拌摩擦焊接机床在加工过程中路径变化较剧烈部位存在机械振动和路径偏移问题,考虑运动学的约束,使之以指定的进给速度加工高质量无飞边焊接件,通过对搅拌摩擦焊接机床机电系统架构进行分析,以实现焊接过程的多轴联动关系;并以此为基础,研究搅拌头倾角变化对焊接精度影响规律,给出拐点切向跟随运动的控制方法;最后,对基于粒子群算法(PSO)高阶插值函数轨迹规划器进行了研究,以实现多轴系统的协调运动控制。利用MATLAB软件做了仿真实验,并将其运用于搅拌摩擦焊接机床的焊接实验中,研究表明:应用该优化控制方法,在确保最终轨迹的同时,明显提高了搅拌摩擦焊接机床的加工效率,搅拌头末端的稳定性。

焊接速度对Q&P980钢搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

通过搅拌摩擦焊接对Q&P980钢进行焊接,固定转速为400 r·min^(-1),焊接速度分别为50 mm·min^(-1)(低焊速)和600 mm·min^(-1)(高焊速),采用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射、显微硬度和拉伸性能测试等手段对焊接接头的微观组织和力学性能进行了表征,研究了焊接速度对接头微观组织和力学性能的影响。结果表明:相较母材,接头整体残余奥氏体含量降低,搅拌区晶粒明显细化和均匀化,有大量马氏体生成;热影响区晶粒略微粗大,显微硬度降低。与低焊速接头相比,高焊速接头峰值温度降低,材料流动范围较窄,热力耦合作用减弱;热影响区宏观尺寸减小,残余奥氏体含量增加,显微硬度提高,接头具有更好的变形协调性,接头抗拉强度和伸长率分别从1074 MPa、6.0%提高至1268 MPa、15.3%。

5083铝合金搅拌摩擦焊接头拉伸行为研究

目的研究5083铝合金搅拌摩擦焊接(FSW)的组织、力学性能和拉伸应变,分析接头的拉伸行为。方法采用数码相机、光学显微镜、电子扫描显微镜等表征分析方法,对焊缝的表面宏观成形、微观组织、断口形貌进行分析;利用拉伸机、三维数字动态散斑应变测量分析系统和显微维氏硬度计对接头的力学性能和拉伸应变进行测试。结果不同焊接工艺参数下FSW接头的最低抗拉强度为305 MPa,断后延伸率达到了14%以上;焊核区拉伸应变沿板厚方向呈现上高下低和上宽下窄的不均匀梯度分布,发生了较大程度的变形强化,直到拉伸应力达到抗拉强度。断裂失效前300/120接头的最大拉伸应变在晶粒粗大的母材区,500/120和500/200接头的最大拉伸应变则位于晶粒尺寸差异较大的后退侧焊核区与热力影响区交界处。接头拉伸断口宏观上均为45°剪切韧性断裂,微观上均以韧窝韧性断裂为主,而高热输入500/120接头出现脆性断裂特征,其延伸率明显降低。结论高热力耦合输入使铝合金FSW接头薄弱区发生转变,强韧性降低。

WE43/Zn/1060异种金属搅拌摩擦焊接头组织及性能研究

Mg/Al异种合金搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)存在相容性差、接头易形成脆性金属间化合物等问题,Zn作为中间层对改善接头中脆性金属间化合物的成分及含量有重要影响。以WE43稀土镁合金和1060铝合金为研究对象,选焊接进给速度为50 mm/min、转速为1050 r/min、Zn夹层厚度为0.05 mm,进行异种合金搅拌摩擦焊试验。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、硬度及拉伸测试等对焊接后接头的显微组织和力学性能进行研究。结果表明:添加Zn后焊缝表面无宏观变形、裂纹等缺陷;接头形成细小的Mg-Zn脆性金属间化合物Al_(5)Mg_(11)Zn_(4)、Mg-Zn,代替了无Zn接头中的Mg-Al脆性金属间化合物Al_(3)Mg_(2)、Al_(12)Mg_(17),减少了Mg-Al脆性金属间化合物的生成,从而改善接头中脆性金属间化合物(IMC)的种类与数量,添加Zn的FSW接头静载拉伸断口为脆-韧混合断裂,代替了无Zn接头的脆性断裂。因此,Zn为中间层可减少接头脆性金属间化合物的产生,提高接头的伸长率、抗拉强度等。

铝合金搅拌摩擦焊接头在汽车维修中的耐久性评估与维护策略

铝合金搅拌摩擦焊接技术作为一种固态连接技术,在汽车维修中具有重要应用价值。本文围绕铝合金搅拌摩擦焊接头在汽车维修中的耐久性评估和维护策略展开,首先概述了搅拌摩擦焊接技术的原理、工艺参数及铝合金焊接接头的微观结构特点;接着,探讨了耐久性评估的标准和方法,分析了铝合金搅拌摩擦焊接头的典型耐久性能测试结果及影响因素;最后,提出了针对铝合金搅拌摩擦焊接头的维护策略,包括预防性维护措施、定期检查及特殊环境下的维护需求。研究发现,通过合理的工艺参数选择、定期的性能检测和有效的维护措施,可以显著提高铝合金搅拌摩擦焊接头在汽车维修中的耐久性和可靠性。

双机镜像搅拌摩擦焊顶锻力变化规律与影响因素研究

随着搅拌摩擦焊板厚增大,设备承载能力无法满足单侧搅拌摩擦焊的高顶锻力要求,因而难以形成质量良好的焊缝。为了降低设备所受顶锻力,本文提出了一种双机镜像搅拌摩擦焊工艺方法,研究了工艺过程中顶锻力的变化规律和影响因素,并验证了该工艺的可行性和优越性。首先,建立热力耦合的有限元仿真模型,得到顶锻力随板厚的变化规律,同时得到了双机镜像搅拌摩擦焊工艺能够减小顶锻力的结论;之后,建立顶锻力估计模型,并基于数据驱动对模型进行试验修正和验证,实现无传感器的顶锻力监测;最后,在搭建好的试验平台样机上开展了镜像焊接试验、3组工艺参数的多因素试验及单侧搅拌摩擦焊对比试验,得到顶锻力随时间的变化规律和工艺参数的影响,验证了双机镜像搅拌摩擦焊工艺可以减小搅拌头所受顶锻力、降低设备承载能力需求的作用。

协同双面搅拌摩擦焊接6061铝合金工艺

针对常规顺序双面搅拌摩擦焊接(DS-FSW)的变形大、耗时长等问题,提出了一种协同双面搅拌摩擦焊接(SDS-FSW)技术,并通过研制的设备研究了SDS-FSW 6061铝合金接头的微观组织和力学性能。结果表明,当主轴转速为1 800 r/min,焊接速度为1 200 mm/min时,SDS-FSW焊接接头缺陷较相同焊接参数下DS-FSW接头的有所改善;在该焊接参数下,SDS-FSW接头的变形量(0.15 mm)远小于DS-FSW接头的变形量(1 mm),且接头的拉伸性能更好,SDS-FSW和DS-FSW接头的最大拉力分别为36.8 kN和34.9 kN。

搅拌针偏移量对铝/铜异质金属搅拌摩擦焊接过程和接头组织性能的影响

采用搅拌摩擦焊接技术对2 mm厚6061铝合金和紫铜合金异质金属进行对接试验,研究搅拌针偏移量对铝/铜异质金属接头组织和性能的影响。研究发现,由于铝和铜两种材料的流动性存在差异,随着搅拌针由铝侧向铜侧偏移,搅拌头-工件界面的温度无明显变化,而焊接过程中的前进阻力显著增大,且接头机械互锁程度也更加充分。对铝/铜异质接头微观形貌进行扫描电子显微镜分析,发现铝/铜界面处的金属间化合物层呈清晰的双层结构,分别为靠近铝侧的Al_(2)Cu层和靠近铜侧的Al_(4)Cu_(9)层,此外金属间化合物还以颗粒状和条带状等形貌分布在铝/铜界面附近。搅拌针偏向铜侧0.5 mm时得到的铝/铜异质接头机械互锁程度和金属间化合物分布最为理想,接头抗拉强度达到200 MPa。

搅拌摩擦焊接镁合金微区织构研究现状与展望

搅拌摩擦焊是一种新型固态连接工艺,能够克服传统熔化焊中的诸多缺点,具有接头质量高、绿色环保等优点,对于熔点较低的镁合金来说是一种优异的连接工艺.织构是影响搅拌摩擦焊接镁合金接头性能的一个重要因素,文中以搅拌摩擦焊接镁合金的织构为主线,分别对搅拌摩擦焊接镁合金过程中织构的形成、织构的分布、织构对焊缝力学性能的影响以及焊缝区域织构的调控进行了总结,并对相关问题进行了评述和展望.

2A12T4/6061T6异种铝合金搅拌摩擦焊接接头性能分析

为满足异种铝合金结构件焊接需求,对10 mm厚的2A12T4/6061T6异种铝合金板进行了搅拌摩擦焊接试验,分析了不同工艺参数焊接接头的微观组织和性能。结果表明:焊接接头焊核区与热机械影响区分界在前进侧明显,而在返回侧不明显;除搅拌头旋转速度为700 r/min、前进速度为300 mm/min的焊接试样外,其余试样的拉伸断裂均发生在6061T6铝合金侧的热影响区,拉伸断裂均呈韧性断裂;焊核区的硬度比热影响区的硬度大,但比母材的硬度小,2A12T4铝合金侧的硬度明显高于6061T6铝合金侧的硬度。当搅拌头旋转速度为600 r/min、焊接速度为300 mm/min时,焊接接头的抗拉强度最高,为249 MPa。