6082铝合金双轴肩搅拌摩擦焊试板温度场研究

采用热电偶测温技术系统测定了6mm6082铝合金双轴肩搅拌摩擦焊试板各特征点的温度变化曲线,分析了双轴肩搅拌摩擦焊过程中焊接试板不同区域的温度场分布特征。双轴肩搅拌摩擦焊搅拌头上、下轴肩同时产热,比传统搅拌摩擦焊产热量大,且热输入方式及试板接触散热条件也有很大不同,因此,其稳定焊接速度较大,从而导致双轴肩搅拌摩擦焊试板温度场分布特征与传统搅拌摩擦焊明显不同。双轴肩搅拌摩擦焊过程分为加速焊接和稳定焊接两个阶段,起始阶段,随着焊接速度的增加,靠近起始端测温点的温度逐渐升高,而远离起始端各测温点的温度升温则非常缓慢,当焊接速度达到较高的稳定焊接速度,搅拌头接近后续各测温点时,其温度值瞬间急剧升高,然后随着搅拌头的远离,温度值逐渐下降。不同区域测温点温度测试结果显示,靠近下轴肩试板测温点的温度高于靠近上轴肩试板、后退侧的温度明显高于前进侧;与单轴肩搅拌摩擦焊接试板相同,距离焊缝越近的位置温度上升和下降的越剧烈,峰值温度越高;焊接速度提高,各测温点的峰值温度依次降低,随着测温点远离焊缝中心,焊接速度对其温度分布的影响作用逐渐减弱。     

搅拌头材质对搅拌摩擦焊温度场的影响

测定焊接试板及搅拌头自身的温度分布曲线,分析搅拌头材质对搅拌摩擦焊温度场的影响。结果表明,采用不同材质搅拌头,焊接试板及搅拌头自身温度场分布规律相同。焊接试板温度及温度梯度随测温点远离焊缝中心逐渐降低,焊接方向测温点的峰值温度依次升高,前进侧温度高于后退侧。稳定焊接阶段,摩擦产热传递至搅拌头的热量与通过其散失的热量保持动态平衡,搅拌头温度波动很小。采用比热容小、热传导系数大的材料制作搅拌头焊接时,一方面可以向焊接试板输入更多的热量,另一方面其自身散失的热量也更多,焊接试板及搅拌头自身的温度均较高。因此,搅拌头材质的选择应综合评定其热物理特性,以获得摩擦偶之间更高的热效率。     

铝合金厚板搅拌摩擦焊焊缝疏松缺陷形成机理

采用圆锥形搅拌头焊接20mm厚的7075-T6铝板,分析焊接过程中焊缝内部疏松缺陷的形成过程及原因。研究表明,焊缝表面成形良好,无明显缺陷。但是,在焊缝轴肩区和焊核区之间出现了疏松缺陷。分析认为,焊缝上、下部金属温度差太大,导致其塑性流动行为发生变化是疏松缺陷形成的主要原因。搅拌摩擦焊(FSW)过程中,焊缝上部金属温度较高,而底部温度仍然很低,脱离搅拌针端部的塑化金属在周围冷金属巨大的变形抗力作用下转而沿搅拌针表面往上迁移。到达轴肩区下方汇聚区时,由于轴肩区金属温度高,向下的挤压力太小,导致回迁上来的塑化金属继续往上迁移并冲破轴肩区而沿轴肩边缘溢出形成飞边。汇聚区内没有足够的塑化金属填充、焊缝无法被压实而产生疏松孔洞。通过建立疏松缺陷形成的物理模型,可以更直观地反映出焊缝金属流动形态及缺陷形成过程。     

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。     

搅拌头轴肩尺寸对PA6-GF30材料搅拌摩擦焊缝性能影响

本文以尼龙6为基体，30%的短切玻璃纤维为加强体的板材作为研究对象，采用不同的搅拌针轴肩尺寸、转速和焊接速度进行水下搅拌摩擦焊实验。通过对焊后的接头抗拉强度、焊缝上表面及横截面形貌进行实验和分析，得到焊接参数对焊缝成形的影响规律。最后对参数进行优化，得到最优加工参数。     

2219铝合金变截面结构搅拌摩擦焊接工艺及组织特性

针对变截面结构产品,提出了一种变截面搭接结构搅拌摩擦焊接方法,通过加装辅助板将整条焊缝焊接方向上补偿为等厚度。焊接采用一次定位焊接+二次定位焊接+正式焊接的工艺方式,一次定位焊为预定位,二次定位焊保证辅助板与试片主体结构之间形成有效连接,正式焊保证形成完整的焊缝。焊缝表面成形良好,超声相控阵检测无超标缺陷。通过对力学性能的分析,变截面搭接结构处焊缝与非搭接处焊缝和常规对接焊缝的力学性能基本相同,平均抗拉强度均达到母材的70%以上,平均延伸率均在5.8%以上。变截面搭接焊缝焊核处晶粒形态为细小的等轴晶,靠近轴肩影响区部分的晶粒尺寸大于靠近焊缝根部的晶粒尺寸,受再结晶影响,焊缝两侧热机影响区处辅助板搭接界面消失。     

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。     

薄壁铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能

对2mm厚的LY12铝合金板进行了搅拌摩擦焊接,对接头的微观组织和力学性能进行了分析.结果表明:当搅拌头旋转速度1000r/min、焊接速度200r/min时,焊核区为细小均匀的等轴晶,晶粒大小在2～6μm之间;热机影响区晶粒沿流线方向被拉长,前进侧比后退侧晶粒变化明显.焊缝成形良好,接头抗拉强度为438.72MPa,...     

TC4钛合金静止轴肩和传统搅拌摩擦焊的温度场对比

基于有限元软件ABAQUS对6mm厚的TC4钛合金传统及静止轴肩搅拌摩擦焊温度场进行了有限元模拟.结果表明,对比传统搅拌摩擦焊接,静止轴肩搅拌摩擦焊接具有较小的高温区,前进方向上具有较大的温度梯度,厚度方向上呈现柱状椭球形分布,上、下表面温度峰值差异较小,具有重叠性较好的热循环曲线.     

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.     

动态控制低应力无变形搅拌摩擦焊技术

基于动态低应力无变形技术的原理,设计开发了用于FSW的阵列式射流冲击热沉系统,该系统可有效减小搅拌摩擦焊接头残余应力,实现FSW薄壁结构的低应力无变形焊接.动态低应力无变形技术不仅可以提高6082-T6铝合金FSW接头性能,而且与搅拌摩擦焊的工艺适用性好,因此具有较好的技术经济价值和良好的应用前景.     

先进的焊接技术─—摩擦搅动焊

摩擦搅动焊是新近发明的一种先进焊接技术,它采用非熔化固态焊接,利用局部产生的摩擦热生成连续的固相焊缝,用它可以焊接传统上认为“不能焊接”的合金和实现不同类金属的焊接。本文简要介绍摩擦搅动焊的焊接工艺、焊缝性能、设备及应用。     

铝合金FSW过程中搅拌针前缘金属周期性流动行为研究

利用高速摄像技术研究了搅拌摩擦焊过程中不同工艺参数条件下搅拌工具与被焊材料之间的相对运动,并结合焊核区金属组织形貌对搅拌针前缘金属流动行为进行分析.结果表明在搅拌摩擦焊接过程中搅拌工具与被焊接板材之间的相对运动存在着明显的周期性现象.并且搅拌针对其前缘金属作用的一个周期可分为两个阶段即平台阶段和进给阶段.在进给阶段前缘金属流动方式主要以整体流动的方式进行.     

搅拌工具与垫板对搅拌摩擦焊温度场影响的数值分析

采用ABAQUS/Explicit模块建立了搅拌摩擦焊接(FSW)的完全热力耦合三维计算模型,研究了10mm厚7050铝合金FSW过程中,不同材料的搅拌工具与垫板对焊接温度场演变的影响.研究结果表明:不同材料的垫板与搅拌工具对焊接温度场有一定的影响;通过搅拌工具与垫板的热传导是热量散失的主要方式;在焊接过程中,随着垫板换热系数的增加,工件上下表面各等温线以搅拌工具为中心向内明显收缩.     

机器人搅拌摩擦焊发展现状与趋势

机器人搅拌摩擦焊是当前搅拌摩擦焊技术与装备发展的重要方向。随着重载工业机器人载荷能力的不断提高,重载机器人搅拌摩擦焊技术和装备已经走出实验室,正逐步进入到工业化应用阶段。工业机器人与先进搅拌摩擦焊装备的结合,将提高焊接装备自动化程度和焊接生产效率,并进一步提升搅拌摩擦焊作业柔性,尤其适用于空间复杂结构产品的批量化焊接制造。     

几种新型搅拌摩擦焊技术

经过多年的发展和实践,新型的搅拌摩擦焊技术层出不穷,涉及领域广泛,其中最具代表性和创新性的新型搅拌摩擦焊技术有:双轴肩自适应搅拌摩擦焊技术、复合热源搅拌摩擦焊接技术、动态控制低应力无变形搅拌摩擦焊技术和双头搅拌摩擦焊技术。     

搅拌摩擦焊技术研究进展

综述了近十年来国内外搅拌摩擦焊技术的发展概况和最新进展，阐述了搅拌摩擦焊技术的原理和工艺特点及其广泛的工业应用前景，指出开展搅拌摩擦焊技术研究的必要性和紧迫性。     

新兴的搅动摩擦处理技术

在搅动摩擦焊的基础上出现了新兴的搅动摩擦处理技术本文简单介绍了其技术的发展情况。     

搅拌摩擦焊在中国已经扬帆启航

目前,我国搅拌摩擦焊在基础技术研究、工程化开发、设备制造等方面已经取得一定的成绩.面对中国在航空、航天、船舶、铁路、能源等领域的长远发展规划,以及潜在的巨大市场需求,搅拌摩擦焊在未来的3～5年内将迎来快速发展和应用的高峰.