Optimization of process parameters to maximize ultimate tensile strength of friction stir welded dissimilar aluminum alloys using response surface methodology

Aluminium alloys generally present low weldability by traditional fusion welding process.Development of the friction stir welding(FSW)has provided an alternative improved way of producing aluminium joints in a faster and reliable manner.The quality of a weld joint is stalwartly influenced by process parameter used during welding.An approach to develop a mathematical model was studied for predicting and optimizing the process parameters of dissimilar aluminum alloy(AA6351 T6 AA5083 H111)joints by incorporating the FSW process parameters such as tool pin profile,tool rotational speed welding speed and axial force.The effects of the FSW process parameters on the ultimate tensile strength(UTS)of friction welded dissimilar joints were discussed.Optimization was carried out to maximize the UTS using response surface methodology(RSM)and the identified optimum FSW welding parameters were reported.

钢/铝薄板热无铆连接接头力学性能研究

目的针对目前车用高强钢和高强度铝合金板料在无铆连接工艺上出现的成形接头效果不佳及接头强度难以满足实际工况等问题,提出一种钢/铝异种材料热无铆塑性连接工艺,以有效提高22MnB5高强钢与7050铝合金铆接接头性能。方法通过软件Abaqus建立钢/铝异种材料无铆塑性连接有限元模型,对塑性连接接头尺寸特性进行分析;进一步通过仿真分析研究高强钢初始铆接温度对接头截面颈厚与自锁值的影响,并采用拉伸试验研究铝板在不同初始温度下及成形接头在不同冷却方式下对无铆塑性连接接头性能的影响。结果将有限元仿真分析结果与试验的金相图进行了对比研究,得出二者成形接头的尺寸基本吻合,并产生了有效的机械自锁,证明了仿真模型的准确性。随后,经仿真分析确定,钢加热至700℃时,接头颈厚值与自锁值均最大,分别为0.402、0.357 mm,该成形温度下接头特征尺寸最佳。最后,通过试验分析发现,常温铆接、阀冷、室冷、水冷的拉力峰值分别为2.0763、5.3140、2.4111、2.0240 kN。由此可得,热处理后接头的抗剪切强度较常温铆接提高了28.5%,在3种冷却方式处理下,阀冷的接头强度最佳,水冷的接头强度最差。结论通过对比分析,确定了22MnB5钢加热至700℃且铝仅经热传导并采用阀冷时进行无铆塑性连接的接头强度最佳。

铝/钢异种材料电阻点焊研究进展

铝/钢电阻点焊技术是促进铝/钢混合轻量化技术在汽车产业应用的关键技术之一,但铝合金与钢材的传热性、导电性和热膨胀性的差异较大,且电阻点焊接头界面会生成脆性的金属间化合物(IMC)层,因此难以形成良好焊接。近年来,改进设计后的电极提高了铝/钢电阻点焊的焊接性能,并且由于焊接工艺的优化,实现了铝/钢电阻点焊的高质量连接。学者们探究了铝/钢接头界面IMC的生长机理和接头的断裂失效机理,也研究了IMC厚度、熔核直径、钢涂层类型、焊接工况和腐蚀对点焊接头性能的影响,并通过优化焊接参数、引入垫片或中间层及复合焊接等方式来提高焊接质量,以最终指导铝/钢电阻点焊焊接工艺设计并推动其工程应用。本文主要从IMC的生长机理、接头断裂失效行为、焊接质量的影响因素、工艺优化方法和焊接仿真分析等方面综述铝/钢异种材料电阻点焊的研究进展。

锌铝药芯焊丝中Al含量对铝/铜激光熔钎焊接头组织和性能的影响

采用Zn-2%Al、Zn-15%Al、Zn-22%Al三种药芯焊丝对铝合金/铜进行激光熔钎焊工艺研究,探讨焊丝中Al元素含量对铝铜激光熔钎焊接头微观组织及性能的影响。结果表明:三种焊丝的焊接接头均可分为铝侧熔化焊焊缝区、焊缝中心区及铜侧钎焊区。铜侧钎焊区可以细分为Al-Cu共晶区和主要物相为Al4.2Cu3.2Zn0.7的金属化合物层,焊缝中树枝状相为CuZn5,基体组织是锌铝共晶体。使用Zn-22%Al药芯焊丝的焊接接头断裂于铝母材,其接头抗拉强度最大,为212 MPa。随着焊丝中Al含量的减少,接头抗拉强度逐渐降低。

CF/PA6与6061铝合金的超声波自熔铆焊

为了进一步提高碳纤维增强热塑性复合材料与轻量化金属之间的连接强度,提出一种新型超声波自熔铆焊方法.该方法通过超声波焊接将短碳纤维增强尼龙6(CF/PA6)熔化并压入铝合金板上预制的通孔内,从而实现CF/PA6与铝合金的连接,连接机制为机械自锁.实验结果表明,随着孔数增加,焊接的整体力学性能有所增加,最优焊接能量为2000 J,最高剪切强度为(58.9±7.1)MPa.依据焊接功率和焊头位移信号,可将超声波自熔铆焊过程分为3个阶段:压紧阶段、导能筋嵌入阶段和充孔阶段.当能量一定时,随着孔数增加,导能筋会更早嵌入CF/PA6中,且焊接时间缩短.相对于焊接能量,孔数对焊接过程的影响更大.得益于机械自锁的连接机制,该方法对金属种类没有限制,具有较为广阔的应用前景.

汽车制造中铝和钢异种金属间的点焊研究

以铝代钢是汽车轻量化的有效途径,其中铝/钢异种金属间的焊接是技术关键点。点焊方法灵活高效,是汽车制造过程中铝/钢焊接的一种有效方法。铝/钢异种材料的点焊方法有电阻点焊、搅拌摩擦点焊、激光点焊、胶接点焊等,其中工艺参数的选择是控制金属间化合物的有效因素。综述了各种点焊方法在工业实际生产中的优势与存在的不足,提出了点焊工艺在汽车制造领域铝/钢异种金属连接中的应用前景。

异种铝合金搅拌摩擦焊材料流动行为研究

采用异种铝合金交替排列的方法,研究了搅拌摩擦焊接过程中材料的变形和流动行为。结果表明:采用垂直焊缝交替排列的焊缝表面形成了两套弧纹,其中粗大弧纹是由于在焊接方向上两种铝合金交替排列而产生的周期性变化所致;受焊速和转速的影响,材料在前进侧流动剧烈且混合均匀,而后退侧因材料流动较弱仍与母材保持连续分布状态;由于材料塑性变形程度的差异,在轴肩影响区、搅拌针影响区和母材之间形成了明显的分界面。

铝/铜异种材料等离子弧熔钎焊搭接接头工艺分析

采用LHM-200等离子弧焊机和Zn-Al钎料对T2紫铜与LF6防锈铝异种材料进行了等离子弧熔钎焊,通过扫描电镜（SEM）和能谱分析仪（EDS）观察分析其接头显微组织和界面元素组成.结果表明,通过合理设置工艺可以得到较为理想的焊接接头,焊缝表面无裂纹、气孔等现象,搭接接头抗剪强度可达175.5 MPa;控制等离子弧焊工艺可以有效控制钎缝成形,提高接头性能,最佳参数范围为等离子气体的流量0.2,0.75 L/min,焊接电流45~55A,焊接速度1.41~3.03 cm/s;在铜母材与钎料界面处是Al_2Cu和CZn_2金属间化合物层;而在铝母材与钎料界面处为Al-Zn共晶组织;焊缝中心的是黑白相间的条纹组织,黑区为富铝区,白区为富锌区.

铝铜异种材料搅拌摩擦焊接接头微观组织与性能

采用搅拌摩擦焊接(Friction stir welding,FSW)对6061-T6铝合金和紫铜异种金属进行了连接。研究结果表明,将紫铜置于后退侧、搅拌针向铝合金侧偏置0.5mm时,可获得成型优良的接头。对接界面处,铝铜异种金属发生充分混合流动,在微区内形成了层片状交织结构。焊核区晶粒细化,接头内部形成了Al2Cu、AlCu和Al4Cu9金属间化合物,其形成机制为固态扩散。微观组织的均匀性和金属间化合物对样品显微硬度分布具有显著影响。铝合金侧的热影响区硬度值最低,呈现热软化效应。接头抗拉强度达到紫铜母材抗拉强度的75.5%,断裂位置位于铝侧热影响区,拉伸断口呈现韧脆混合断裂特征。

镁铝异种材料TIG焊接接头扩散行为分析

利用现代分析测试手段分别研究了TIG焊直接焊接镁铝和镀锡焊接镁铝的焊缝熔合区形貌,并对其进行了元素扩散行为的分析及比较。结果表明镁铝直接焊接时,镁与铝之间有明显的界面,镁元素向铝母材中进行大量扩散形成扩散层,而铝元素向镁母材中的扩散很少,扩散到铝母材中的镁元素与铝形成Mg17A l126和β-A lMg金属间化合物,造成扩散层很容易发生断裂。镁铝镀锡焊接,采用熔焊—钎焊连接方法,中间过渡金属锡与母材之间形成了一个成分、组织和性能均不相同的过渡区,该区对接头性能有着较大的影响。锡层对镁铝接头产生拘束强化作用,过渡层比镁铝直接焊接要狭窄,并且尚余一些没有扩散的锡层,阻止了镁元素向铝母材中扩散。锡过渡层对镁与铝的直接接触起到了一定的阻碍作用。

铝/铜异种材料填丝钨极氩弧焊对接接头的组织和性能

采用lincoln TIG-355交直流钨极氩弧焊机和8515药芯锌-铝焊丝对T2紫铜与LY16铝合金异种材料进行了对接焊。利用扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对接头各区域的显微组织和成分进行分析,并通过拉伸试验机测试接头的力学性能。结果表明:所焊接的对接接头无气孔、裂纹等缺陷,焊缝成形良好。当焊接电流为100 A、焊接速度为62 mm/min、保护气流量为15 L/min时,接头抗拉强度达到了240 MPa,断裂于铜侧热影响区。焊缝组织为白色条块状的Cu Zn4化合物,均匀分布于由Zn基和Al基固溶体组成的(α+η)共晶组织中;铜侧界面平直清晰,界面附近存在较多的金属间化合物组织,在铝侧界面有一沿界面呈链状分布的灰黑色球块状的α相铝基固溶体组织。

铝-铜异种金属搅拌摩擦焊接头组织及力学性能（英文）

对3 mm厚的1060工业纯铝和退火纯铜异种金属搅拌摩擦焊进行研究。在搅拌头旋转速度为1050 r/min、焊接速度为30 mm/min时,获得性能良好的铝/铜接头。交替片层结构主要分布于焊核区顶部与铜/焊核区交界附近,促进了铝、铜两种材料的界面扩散及铝和铜之间的冶金键合。然而,界面腐蚀形貌揭示界面内部的弱连接机制,导致拉伸试验中裂纹沿界面区域萌生和扩展,断裂方式为韧-脆混合型断裂。接头的抗拉强度为148 MPa,高于工业纯铝母材的抗拉强度。搅拌摩擦焊强烈塑性变形引起的晶体缺陷和晶粒细化加速原子间的短程扩散,从而促进金属间化合物Al4Cu9和Al2Cu的生成。XRD结果显示,金属间化合物Al4Cu9主要位于铜/焊核区过渡区域。焊核区较高的位错密度和位错环的形成是导致该区域硬度明显升高的主要原因。

铝/铜异种材料的焊接研究

由铝/铜异种材料组成的复合结构在电力工业具有广阔的应用前景,深入研究铝/铜的焊接方法及工艺是很有必要的。文中从熔焊、压焊、钎焊以及搅拌摩擦焊等几个方面,系统介绍了铝/铜异种材料焊接的研究进展。综合分析表明,熔焊方法不适于铝/铜的焊接,极易出现焊接裂纹和性能降低等问题;铝/铜的压焊应用较为广泛,每种具体的压焊方法各有其特点,应根据工件的结构尺寸加以选定。钎焊方法能成功实现铝/铜的焊接,但需要严格确定钎料成分和钎焊工艺。铝/铜的搅拌摩擦焊研究刚刚开始,某些热点问题需要进一步深入研究,但发展前景非常广阔。

LF6防锈铝与HR-2抗氢不锈钢摩擦焊接

通过试验研究了铝合金系列含镁量最高的LF6防锈铝与HR - 2抗氢不锈钢异种材料摩擦焊接头的组织与性能 ,探讨了其摩擦焊接性。经焊前对焊接界面的特殊处理 ,清除了LF6与HR - 2待焊接表面上的氧化膜 ,并采用以纯铝为介质的三元摩擦焊接工艺方法 ,避免或减少焊接界面上金属间化合物的生成 ,所焊接制品的抗拉强度可以达到或超过LF6防锈铝母材所要求的供货状态σb≥ 2 70MPa的技术要求。

铝-铜异种材料搅拌摩擦焊接头组织及性能研究

采用搅拌摩擦焊对3 mm厚的T2紫铜和工业纯铝进行对接焊,结果表明:焊接前对T2紫铜进行退火处理,同时搅拌针相对于配合面向铝侧偏移时,可以减小搅拌针粘连问题,获得成形良好的焊接接头。搅拌区形成沿搅拌头旋转方向连续分布片层状与涡流状复杂结构。接头抗拉强度为112 MPa,为工业纯铝母材强度的86.2%左右,试样拉伸断裂位置位于搅拌区前进侧过度区域,断口SEM形貌呈现明显的脆性断裂特征;接头前进侧热影响区出现了不同程度的软化现象,焊核区最低硬度为51.02 HV,均低于两侧母材硬度。

钢/铝异种金属的焊接

研究了钢与铝之间的主要焊接方法,综述了国内外钢与铝的连接现状,并指出钢与铝焊接方法的发展趋势。

铝和钢异种金属焊接发展现状

对近年来铝钢焊接的各种常见的焊接方法(压焊,搅拌摩擦焊接,钎焊,熔焊)进行综述,认为铝钢的异种材料焊接关键在于对金属间脆性化合物层进行控制。详细介绍了压焊,钎焊在控制化合物层厚度上的优势。指出各种焊接方式在实际生产中的不足,并对铝钢焊接研究方向进行展望。

铝/铜异种材料焊接的研究现状

介绍了目前铝/铜焊接常见的焊接方法,阐述了各种方法的特点、应用及研究现状。铝/铜熔焊难度较大,应用较少。热压焊、摩擦焊、超声波焊等方法焊接质量较好,但成本较高。电阻焊接铝/铜管现已取得突破性进展,在生产中得到大量应用。钎焊由于自身的优点受到广泛关注,近年来成为研究的热点。电阻焊和钎焊有可能成为铝/铜焊接的发展方向。

600MPa级高Al冷轧双相钢与异种材料不等厚板搭配的激光焊接性能研究

对武钢开发的600MPa级高Al冷轧双相钢WHT600DP与DC04、WH260Y异种材料不等厚板激光焊接的焊缝宏观形貌、微观组织以及力学性能进行研究和分析,探讨WHT600DP的激光焊接性能。研究结果表明,两种材料搭配条件下的激光焊接接头均不存在内部和外部缺陷,焊缝拉伸强度、杯突值等指标达到相关标准要求,能够满足实际生产需要,WHT600DP高Al冷轧双相钢具有良好的激光焊接性能。

Q235钢/6061铝合金TLP扩散连接组织性能

在开放环境下,使用氩气保护,对Q235和6061铝合金异种金属的瞬时液相扩散连接工艺与组织进行了研究。采用Al-Si-Cu-Zn箔中间层,压力4 MPa。研究表明,釆用瞬时液相扩散连接工艺可以实现钢/铝异种金属的焊接,在590℃等温5 min获得了结合良好的接头,接头剪切强度为22 MPa,没有钎焊时容易出现的金属间化合物。