搅拌摩擦焊技术及其应用发展

简单介绍了搅拌摩擦焊FSW的技术特征,对当前搅拌摩擦焊FSW技术的主要应用领域进行了概述,着重对近些年搅拌摩擦焊的技术发展和最新应用进展进行介绍,同时对搅拌摩擦焊的应用前景进行了展望。

LF21铝合金双轴肩搅拌摩擦焊组织与性能

利用光学显微镜、扫面电子显微镜、显微硬度仪、拉伸试验机等方法,分析6 mm厚LF21铝合金单道对接双轴肩搅拌摩擦焊焊焊缝的微观组织、力学性能、缺陷成因。实验结果表明,转速1 200 r/min、焊接速度100 mm/min时可以获得较好的焊接性能;焊缝组织呈不完全对称的沙漏状;焊缝硬度在焊缝两侧的热影响区处发生不对称的软化,前进侧组织析出相发生了明显的长大现象;抗拉强度达到103.25 MPa,焊接强度系数为基材强度的70.4%,接头断口形貌呈典型的韧性断裂。

双轴肩搅拌摩擦焊对7075铝合金组织和性能的影响

对7075铝合金双轴肩搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)焊缝的组织、力学性能和电化学腐蚀性能进行研究。结果表明:焊缝区从内到外依次为焊核区、热机影响区、热影响区和母材区,焊核区为细小的等轴晶组织,热机影响区为粗大的变形组织,热影响区为粗化的母材条带组织;由于晶粒的细化和机械加工硬化作用,整个区域硬度明显提高,但由于焊核后退侧存在不均匀的"混晶"组织,导致焊缝强度无明显提高,抗拉强度仅为267.84 MPa;垂直于焊缝方向表面的耐腐蚀性能优于平行于焊缝方向的表面,但焊缝区的耐腐蚀性能比母材差。

2A14铝合金双轴肩搅拌摩擦焊工艺研究

为了获得性能良好的焊接接头,对厚为5 mm的2A14-T6铝合金进行双轴肩搅拌摩擦焊(bobbin tool friction stir welding,BT-FSW)工艺研究。采用一种特殊设计的搅拌头,通过正交试验方法,对2A14铝合金进行BT-FSW焊接试验;利用光学显微镜和电子万能试验机分析不同焊接参数下焊缝的组织形态和力学性能,得出优化后的工艺试验窗口。研究表明:BT-FSW焊缝组织特征与常规FSW明显不同,呈"哑铃型",随着焊速的增加,抗拉强度与延伸率先增加后降低,最大的抗拉强度在焊速为250 mm/min时获得,其抗拉强度约为239 MPa,达到了母材强度的54%,延伸率仅为3.2%,接头断在有细微裂纹的地方。这项研究表明此工艺试验方案是切实可行的。

双轴肩搅拌摩擦焊接头温度场和流场数值模拟分析

目的研究铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头温度场和流场规律。方法以2024铝合金为研究对象,借助FLUENT软件,综合考虑了温度和应变速率对铝合金粘度的影响,采用修正的本构模型,分析了典型双轴肩搅拌摩擦焊接条件下接头温度和速度特征。结果搅拌头边缘,应变速率较大,接近1000 s-1;温度场呈现出对称的哑铃状分布,最高温度为751K,达到2024铝合金熔点的83%;前进侧温度大于后退侧温度,前进侧温度为640 K左右,后退侧为600 K左右;双轴肩摩擦焊材料流动速度大于常规焊,前进侧速度大于后退侧速度,前进侧轴肩作用区域大于后退侧;前进侧轴肩作用区域延伸至板材中间,造成带状不连续缺陷。结论 CFD软件Fluent可以较为准确地分析双轴肩搅拌摩擦焊的温度场和流场,可为搅拌工具的优化提供依据。

AZ31镁合金双轴肩搅拌摩擦焊接头组织及性能

采用双轴肩搅拌摩擦焊对4 mm厚AZ31镁合金进行焊接,分析了焊接接头热循环特性、组织及力学性能。结果表明,后退侧各点温度均高于前进侧,温度差值约为10℃。焊核区发生动态再结晶形成均匀的等轴晶,热机影响区组织为等轴晶。焊接接头显微硬度整体呈“W”型,热机影响区与焊核区交界处硬度最低为54 HV。接头平均抗拉强度为189 MPa,约为BM的92%,断裂方式为韧脆混合断裂。