固相连接新技术--搅拌摩擦焊技术

介绍了搅拌摩擦焊技术在国外的发展及应用情况,分析了搅拌摩擦焊的工艺过程、焊接接头的金相组织、焊接接头的机械性能及搅拌摩擦焊技术目前存在的优缺点,表明搅拌摩擦焊技术属于固相连接技术,可用于高强铝合金的连接,是航宇工程中一种新型、有效的连接技术。     

革命性的宇航结构件焊接新技术--搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊作为一项革命性的连接技术 ,为宇航制造业轻合金结构的低成本、高效率和高质量连接提供了崭新的方法。本文在介绍搅拌摩擦焊原理、搅拌头、焊接接头、接头性能的基础上 ,叙述了宇航结构件搅拌摩擦焊工艺的试验应用和国内外搅拌摩擦焊设备的研发情况     

超声喷丸强化搅拌摩擦焊接接头性能

采用超声喷丸焊后处理工艺分别对7075-T651铝合金母材及搅拌摩擦焊焊接接头进行了处理,并与其原始状态进行了疲劳对比试验。对比疲劳性能试验结果证明该处理技术可用于提高7075-T651铝合金母材及搅拌摩擦焊焊接焊接接头试件的疲劳性能。     

轻型快速舰船的搅拌摩擦焊

船舶市场的快速发展要求船舶制造业以比以往更低的成本和更快的交货期来满足市场需要 ,英国焊接研究所 (ＴＷＩ)发明的搅拌摩擦焊技术为新世纪大型船舶壁板和成型件的批量工业化制造提供了有效途径。搅拌摩擦焊对于轻合金材料 (如铝、铜、镁、锌等 )的连接在焊接方法、机械性能和生产效率上具有其他焊接方法不可比拟的优越性。搅拌摩擦焊是一种固相连接方法 ,焊缝接头具有优良的机械性能和小的焊接变形 ,焊接过程中 ,不需要添加保护气和添丝 ,没有熔化、烟尘、飞溅、弧光 ,是一种环保型的新型连接技术。基于搅拌摩擦焊在焊接方法、机械性能…     

搅拌摩擦焊数值模拟技术研究及应用

搅拌摩擦焊是一种在机械力和摩擦热作用下的固相连接方法,其通过搅拌头的旋转来使两种相同或者不同材料连接在一起.搅拌摩擦焊焊接原理如图1所示,焊接过程中,搅拌头旋转着缓慢插入被焊工件,搅拌头和被焊接材料之间的摩擦剪切阻力产生了摩擦热,使搅拌头邻近区域的材料接近焊接材料的熔点;当搅拌头旋转着向前移动时,搅拌头附近的金属材料从搅拌头的前沿向后沿转移,并且在搅拌头轴肩与工件表层摩擦产热和压力共同作用下,形成致密固相连接接头[1].     

2219 铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头组织与性能分析

对2219铝合金进行了双轴肩搅拌摩擦焊工艺试验,详细分析了焊缝成型、接头组织形态及力学性能.结果表明:2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊缝正反面成型美观,内部无缺陷,几乎无焊缝减薄.接头宏观形貌呈典型的“哑铃型”,焊缝上下表面宽,中间略窄.从显微组织角度看,接头的焊核区、热机影响区、热影响区等组织特征与常规搅拌摩擦焊相似.双轴肩搅拌摩擦焊接头显微硬度分布趋势与常规搅拌摩擦焊接头相似,均为典型的“W”型,但双轴肩搅拌摩擦焊接头不存在各层异性.接头力学性能试验表明:双轴肩搅拌摩擦焊接头抗拉强度达到了318.3 MPa,延伸率为5.5％.接头断口形貌呈典型的韧性断裂.     

钎焊及扩散焊技术在航空发动机制造中的应用与发展

钎焊、扩散焊、搅拌摩擦焊、线性摩擦焊、高能束流焊等先进焊接技术在航空发动机焊接构件中得到发展和应用。其中钎焊技术和扩散焊技术以其独有的特点得到了更大的发展,这主要表现在难以熔焊材料的构件焊接中。为了获得优质或与母材相匹配的高性能接头,目前最为有效的连接方法就是钎焊和扩散焊方法。     

运载火箭铝合金贮箱全搅拌摩擦焊接工艺及应用

搅拌摩擦焊技术具有焊接缺陷少、焊接变形小、接头性能高等优点,是运载火箭铝合金贮箱制造的发展趋势。本文分析了我国运载火箭贮箱的结构组成和主焊缝结构特点,系统梳理并研究了实现贮箱主焊缝全搅拌摩擦焊接制造所需要的关键技术,包括常规搅拌摩擦焊技术、可回抽搅拌摩擦焊技术、超声相控阵检测技术及补焊技术。研究成果已经逐步实现了在运载火箭贮箱筒段纵缝、箱底主焊缝、贮箱总装环缝上的工程化应用。     

基于同质摩擦的涡流搅拌摩擦焊工艺

涡流搅拌摩擦焊(VFSW)是一项新近提出的改型工艺,其利用与工件材料同材质的棒材和外加的支撑套筒作为搅拌工具进行搅拌摩擦焊接,有望在高熔点金属的固相连接、焊接修复等领域取得工程应用.研究了转速对6061铝合金涡流搅拌摩擦焊焊缝成形和接头力学性能的影响规律.试验结果表明,在30 mm/min的焊接速度下,当转速较低时焊缝...     

异种高强铝合金间搅拌摩擦焊接头组织与性能研究

通过搅拌摩擦焊接技术成功连接了两种应用于航天工业的铝合金2195-T8和2219-T87。实验中固定焊接转速,研究了焊缝组织和力学性能随焊接走速的变化关系,发现焊核区上部异种材料间有明显界面,且该界面形貌受焊接走速影响剧烈。同时在焊接速度较高时,发现一种新的搅拌摩擦焊接接头的断裂模式。此种断裂模式与焊核区上部形成的异种材料间界面形貌和冶金结合强度有关。本文探讨了其产生原因及其对接头力学性能的影响。     

基于LabVIEW的搅拌摩擦焊在线监测系统

搅拌摩擦焊(FSW)作为一种新型的固相连接技术,具有一系列传统焊接无法比拟的优点[1-2].如焊接时的无飞溅、不需要气体保护、焊后工件残余应力和变形小、焊接接头抗拉伸性能和抗弯曲性能良好、生产成本低和无污染等,这些性能在铝合金焊接方面具有得天独厚的优势[3-4].搅拌摩擦焊在加工过程中涉及到温度场、材料组织变化、材料流动、应力应变和振动等多方面的问题[5-8].为了提高搅拌摩擦焊的焊接质量,必须要设计一套能同时检测搅拌摩擦焊加工过程中的温度、三向力和振动信号的在线检测系统.     

热处理对高强铝合金搅拌摩擦焊接头组织及力学性能的影响

通过"搅拌摩擦焊+固溶+人工时效热处理"的方法实现了12 mm厚航天用高强铝合金2A14M的焊接及接头性能改善。研究表明未进行焊后热处理的焊接接头断裂位置位于焊核区,平均抗拉强度为192.3MPa,接头显微硬度呈"几"字形分布,硬度分布峰值位于焊缝区,接头不同特征区域的硬度差高达60。采取的焊后热处理对焊接接头及母材不仅具有细化晶粒、改善组织均匀性及优化强化相分布的作用,还能削弱拉伸过程中尖锐晶界对接头的撕裂作用,从而达到提高接头性能的目的,表现为:焊后热处理使接头内部显微硬度差为20,接头拉伸断裂于焊核区,抗拉强度达到440 MPa,为未进行焊后热处理接头的2.29倍;焊后固溶热处理的搅拌摩擦焊接头其断裂位置在焊核区及母材的几率大致相同,各占约50%,从而实现了提高搅拌摩擦焊接头性能的目标。     

搅拌摩擦焊流变特性研究

通过对搅拌摩擦焊 (FSW )的焊接行为和焊接接头的金相图等基础资料的观察和比较 ,对铝合金材料搅拌摩擦焊的流变特性进行了分析和讨论 ,总结了搅拌摩擦焊塑化金属在焊接时的流变特性。     

搅拌摩擦焊缺陷补焊工艺及性能分析

针对2219铝合金搅拌摩擦焊的沟槽缺陷,用搅拌摩擦焊方法进行了补焊工艺研究,并对补焊焊缝的组织及性能进行了分析.结果表明,可以用搅拌摩擦焊的方法修复沟槽缺陷,二次补焊后的接头性能与单道焊时的接头性能相比没有变化,焊接变形小,且操作简单、方便.     

2219铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊接头组织及性能

文摘采用静止轴肩搅拌摩擦焊的方法获得了2219C10S铝合金焊接接头,研究了焊接接头典型的宏观、微观组织特征、焊接工艺参数对焊缝成形特征及焊接接头力学性能的影响规律。结果表明:相对常规搅拌摩擦焊,由于静止轴肩式搅拌头的结构特点,焊接过程中可有效避免飞边和焊缝内部缺陷;随着焊速的增加,接头焊核由"碗状"变为"腰鼓"状,体积也逐渐减小,还出现了轴肩影响区这一特殊组织特征;焊接接头的显微硬度分布呈现出独特的"∪"形,焊核区的显微硬度最低;当焊接速度≤250 mm/min,随着焊接速度的增加,接头的拉伸性能逐渐增加;当焊接速度增加至300 mm/min时,由于在焊接接头中出现了沟槽缺陷,拉伸性能急剧下降。     

焊接技术在轻金属航空机体制造中的应用

航空轻金属的焊接已由传统气体保护焊电弧焊(GTAW/GMAW)及激光焊(LW)过渡发展到搅拌摩擦焊(FSW)等固相连接新技术,搅拌摩擦焊将航空轻金属的焊接制造推动到了一个崭新的时代,航空制造领域中搅拌摩擦焊技术的应用将会越来越多,轻金属在航空制造领域的应用也会更加深入。     

铝合金搅拌摩擦焊研究现状

在搅拌摩擦焊接中,焊接缺陷、接头组织都将影响到接头的最终性能.而焊接缺陷、接头组织都受到材料流动形式和焊接热循环的影响,因此以上各方面都在铝合金搅拌摩擦焊中受到极大关注.本文将从这几个方面对铝合金搅拌摩擦焊接的研究现状进行评述.     

飞机制造工业中的搅拌摩擦焊研究

基于成本、重量和连接质量上的显著优越性 ,搅拌摩擦焊作为一项新型的革命性的焊接技术 ,越来越受到飞机制造工业的重视。本文总结了目前飞机制造工业中的搅拌摩擦焊研究 ,并对搅拌摩擦焊的原理、特点等进行了详细阐述。     

载人航天器结构件FSW制造工艺及应用

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)技术是铝合金最具优势的连接手段,是载人航天关键构件的焊接制造发展趋势.分析了栽人航天焊接结构件特点,研究了实际结构件应用搅拌摩擦焊所需的关键技术,研究结果表明该关键工艺应用于栽人航天结构件的焊接,实现了球状密封构件、大尺寸密封舱体的搅拌摩擦焊制造.     

2219薄板铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接及组织性能分析

以运载火箭助推器贮箱广泛应用的4 mm厚2219薄板铝合金为焊接对象,研制了浮动式双轴肩搅拌头,分析了内部塑性金属流动模式及特点,并推测出需匹配较低焊接热输入才能获得优质焊缝。工艺探索及优化试验结果直接验证了焊缝内部塑性金属流动模式及推测。接头宏观组织形貌分析结果显示:不同焊接速度下的焊缝横截面宏观形貌都可以观察洋葱环特征,且随着焊接速度提高,洋葱环特征越发增多,并从靠近前进侧的焊核区逐渐向后退侧孕育发展,这也有效验证了薄板铝合金双轴肩搅拌头的设计思路。薄板铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头横截面显微硬度分布均呈"U"型,接头显微硬度最低点位于焊核区与后退侧热机影响区的交界处。接头力学性能测试结果显示:随着焊接速度逐渐升高,接头抗拉强度逐渐升高,且当焊接速度达到350 mm/min时,接头抗拉强度达到最高值。铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接头延伸率整体较高,焊接速度对其影响不大。铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头正、背弯均可以达到180°无裂纹。基于立式纵缝搅拌摩擦焊系统成功实现了2 m长试片的浮动式双轴肩搅拌摩擦焊,累计焊接长度达到60 m,且双轴肩搅拌头完整,未发现裂纹、扭曲或其他损伤。