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。     

纯钛搅拌摩擦焊晶粒细化机制

通过搅拌摩擦焊实现了5 mm纯钛的可靠连接,并对焊接接头组织进行了细致研究。通过光学、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对纯钛搅拌摩擦焊组织进行了精细表征,对焊接过程中的再结晶机制进行了研究。结果表明：采用搅拌摩擦焊可以得到成型良好,组织致密的焊缝;焊缝组织可以分为焊核区( NZ)、热机影响区( TMAZ)、热影响区( HAZ)和母材区( BM);根据各区组织形态和结构特点对纯钛搅拌摩擦焊动态再结晶过程进行了分析,揭示了纯钛搅拌摩擦焊焊缝细化机制;钛的层错能较大,搅拌摩擦产生的位错不能完全分解,遇到阻碍时,只能通过滑移和攀移继续运动,在多次搅拌摩擦作用下,位错缠结堆积,位错密度不断上升,产生新的晶界,从而形成细小晶粒,实现晶粒细化。     

转速对含Zr中间层铝/镁搅拌摩擦焊搭接接头组织与性能的影响

对不同转速下含Zr中间层6061铝合金/AZ31镁合金搅拌摩擦焊搭接接头组织结构、力学性能、腐蚀行为的变化进行了研究。结果表明,Zr中间层抑制了接头表面飞边和内部隧道等缺陷,焊材通过搅拌区的机械互锁结构与搭接界面反应生成的金属间化合物实现了机械与冶金结合。随转速的提高,接头搅拌区内焊材的热塑性流动强度和机械互锁程度逐渐加强,其中的Zr碎片和条带组织尺寸有所变小;接头的热力影响区/搅拌区界面宽度及搭接界面宽度均趋于增大。接头横截面沿前进侧和后退侧的硬度分布不对称,在焊接中心线附近具有较高硬度;接头的拉伸剪切载荷随转速的提高先增加后减小,剪切断裂位置发生在接头热力影响区/搅拌区界面处。接头在3.5%NaCl溶液中具有差异化的腐蚀行为,铝合金以均匀腐蚀为主,镁合金以局部点蚀为主,Zr中间层未发生明显腐蚀,提高转速在一定程度上降低了接头的腐蚀性能。     

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     

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。     

列车制造搅拌摩擦焊接技术和应用

本文在简要介绍搅拌摩擦焊技术特点的基础上,对轻质铝合金列车制造中所采用材料的焊接性能及中空型材结构搅拌摩擦焊接头的设计特点进行了研究,并且对搅拌摩擦焊技术在中国列车制造中的典型应用和相关搅拌摩擦焊设备开发进行了介绍和总结。     

搅拌摩擦焊搅拌头的研究进展

概述了国内外铝合金、镁合金、铜合金、钛合金及钢铁材料等多种合金搅拌摩擦焊用搅拌头的结构设计、材料、磨损失效和寿命等方面的研究进展,对比了各搅拌头的结构设计和材料性能优缺点,分析了搅拌头失效方式和寿命,展望了搅拌头的研究发展趋势。     

铝锂合金搅拌摩擦焊搭接接头疲劳行为研究

针对Al-Li-S4和2099铝锂合金FSW搭接接头,采用金相组织观察、疲劳性能测试、S-N曲线绘制、断口分析等手段,考察了典型焊接参数下铝锂合金搭接接头的疲劳性能、微观组织,分析了接头断裂形式。     

固相连接新技术——搅拌摩擦焊接技术

介绍了搅拌摩擦焊接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拉技术,可用于高强铝合金的连接,是航宇工程中一一种新型、有效的连接技术。     

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。     

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。     

Improving tensile-shear properties of friction stir lap welded dissimilar Al/Mg joints by eliminating hook defect and controlling interfacial reaction

To improve tensile-shear properties of fiction stir lap welded(FSLW) dissimilar Al/Mg joints, pin-tip profiles were innovatively designed and welding speed was optimized, and effects of them on formation, interface microstructure and mechanical properties of different FSLW joints were investigated. With increasing the welding speed, the tensile-shear load of FSLW joints produced by three pins presents an increasing firstly and then decreasing trend. Compared with Rpin, the hook and hole defect i...     

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。     

A review of friction stir joining of SiCp/Al composites

SiCp/Al composites have excellent comprehensive properties and have been widely used in aerospace, automotive industry and other fields.Due to the huge difference in performance between SiC particles and matrix alloys, traditional fusion welding methods are difficult to meet the join requirements of SiCp/Al composites.Friction stir joining(friction stir welding), as a solid phase joining process, has been proved to be a new technology with fine prospect in joining SiCp/Al composites compared wit...     

铝合金搅拌摩擦焊表面冷喷涂层的结构与耐蚀性

采用冷喷涂技术在2219铝合金搅拌摩擦焊接头上制备Al涂层,以提高搅拌摩擦焊接头耐蚀性。通过数字显微镜、扫描电镜、电化学工作站对Al涂层的结构及耐蚀性进行表征。结果表明:冷喷Al涂层质量良好,孔隙率仅为0.77%,涂层内部存在等轴晶、细化晶粒以及拉长晶粒,涂层界面以机械咬合为主,涂层/接头区界面质量明显优于涂层/母材区界面;电化学数据显示,涂层腐蚀敏感性较低,自腐蚀电位和腐蚀电流密度均低于热影响区,冷喷涂层降低了搅拌摩擦焊接头的腐蚀敏感性;晶间腐蚀实验表明,腐蚀6 h后,涂层最大腐蚀深度仅为热影响区最大腐蚀深度的50%,证明冷喷涂技术显著改善了搅拌摩擦焊接头的耐腐蚀性。     

2014铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织及力学性能

采用搅拌摩擦焊方法对8mm厚的2014Al合金进行了焊接,焊后对接头的微观组织和力学性能及断裂特性进行了分析.研究结果表明,焊核区和轴肩影响区由细小的等轴再结晶组织构成;热机影响区受机械和热的双重作用组织发生了较大程度的变形,在热循环的作用下发生回复反应;热影响区仅受热循环的作用,组织稍微有粗化现象.力学试验表明:焊接速度为150mm/min时,接头的抗拉强度可以达到361MPa,为母材的78%,抗弯强度达到母材的76%.断口形貌分析显示,接头断裂模式为韧性和脆性的混合型断裂.     

S135钻杆的摩擦焊接、热处理对其组织与性能的影响

对S135钻杆同种钢材36CrNiMo4A的摩擦焊接、热处理工艺参数及其强韧性进行了试验分析和研究,分析了原有摩擦焊接和热处理工艺造成接头韧性偏低的原因,优化了摩擦焊接和热处理工艺参数,改善和提高了S135钻杆的组织和性能,达到甚至超过了同类产品NKKS135钻杆的组织和性能。     

Microstructural formation and mechanical performance of friction stir double-riveting welded Al-Cu joints

A novel friction stir double-riveting welding (FSDRW) technology was proposed in order to realize the high-quality joining of upper aluminum (Al) and lower copper (Cu) plates, and this technology employed a Cu column as a rivet and a specially designed welding tool with a large concave-angle shoulder. The formations, interfacial characteristics, mechanical properties and fracture features of Al/Cu FSDRW joints under different rotational velocities and dwell times were investigated. The results showed that the well-formed FSDRW joint was successfully obtained. The cylindrical Cu column was transformed into a double riveting heads structure with a Cu anchor at the top and an Al anchor at the bottom, thereby providing an excellent mechanical interlocking. The defect-free Cu/Cu interface was formed at the lap interface due to the sufficient metallurgical bonding between the Cu column and the Cu plate, thereby effectively inhibiting the propagation of crack from the intermetallic compound layer at the lap interface between the Al and Cu plates. The tensile shear load of joint was increased first and then decreased when the rotational velocity and dwell time of welding tool increased, and the maximum value was 5.52 kN. The FSDRW joint presented a mixed mode of ductile and brittle fractures.     

TC4-DT钛合金线性摩擦焊接头组织特征及其形成机制

研究TC4-DT损伤容限型钛合金线性摩擦焊(linear friction welding,LFW)接头的组织特征及形成机制。利用光镜和扫描电镜对接头各区域微观组织进行表征,利用显微硬度计测试接头的显微硬度分布。结果表明:接头焊缝区(WZ)发生动态再结晶,焊接过程中WZ温度超过β转变点,焊后快冷的条件下发生了β→α′及β→α两种相变并析出了大量α′马氏体以及二次层片α;TC4-DT钛合金母材(BM)组织具有较高的变形抗力,使得接头形成的热力影响区(TMAZ)较窄。TMAZ内组织在强烈的热力耦合作用下拉长变形并破碎,焊后快冷的条件下析出少量α′马氏体及大量二次层片α;毗邻TMAZ的热影响区(HAZ)基本保留了BM不同位向的α集束的组织特征,但受热的影响α集束内α/β相界两侧元素相互扩散,层间β消耗,初生α长大;WZ组织的细晶强化和第二相强化,TMAZ组织的应变强化和第二相强化,以及HAZ内α相的长大使得接头上述区域显微硬度均高于BM。     

Through-thickness heterogeneity in creep properties of friction stir welding 7B50-T7451 aluminum alloy thick plate joint: Experiments and modeling

Through-thickness heterogeneity in creep properties of 7B50-T7451 aluminum alloy Friction Stir Welding(FSW) joints was investigated. Creep tests for three slices of the FSW joint were conducted at the temperature of 150–200 °C and applied stress of 60–225 MPa. The theta projection method was used to predict creep curves and minimum creep rate. The results show that the minimum creep rate increases and creep rupture life decreases with the increase of creep temperature and applied stress. Creep p...