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。     

顶锻速度Vd对摩擦焊合区金属组织的影响

从顶锻速度Vd对摩擦焊合区金属塑性成形的影响入手,系统研究了Vd与摩擦焊合区金属组织的关系。考量了LC9超硬铝摩擦焊时的顶锻速度范围,为精细结构摩擦焊成形与控制提供了实验研究基础。     

铝锂合金搅拌摩擦焊搭接接头组织及力学性能

采用搅拌摩擦焊对2mm厚不同铝锂合金进行搭接,并对接头的组织和力学性能进行分析。同时研究了焊接工艺参数、热处理状态对接头性能的影响。研究表明:搭接接头焊核区呈"洋葱环"结构,由细小的等轴晶组织构成;前进侧搭接界面有"钩状"缺陷,对接头力学性能产生不良影响。搭接接头的塑性较差,伸长率仅有3.18%,不及母材伸长率的25%;当转速为800r/min、焊速为200mm/min时,接头的强塑性最佳,抗拉强度达到467MPa(母材的94%);热处理对搅拌摩擦焊焊接头力学性能影响显著,经过人工时效后,接头强度提高了13%～18%,抗拉强度最高达到526MPa,伸长率都有所下降。断口形貌分析表明:接头拉伸断裂是从前进侧的"钩状"缺陷起裂;接头拉伸断口为准解理和韧窝断裂的复合断口。     

焊接方式对铝合金搅拌摩擦焊T 型接头性能的影响

采用4种规格的搅拌头进行了2A70-T6铝合金T型接头搅拌摩擦焊试验,并对焊缝横截面进行了观察以及焊缝抗拉强度的测试.结果表明:焊缝中前进侧熔合过渡区的金属变形比返回侧剧烈,焊缝断裂往往发生在前进侧;在相同的焊接参数下,单道焊缝的焊核宽度与抗拉强度随着搅拌针直径的增大而增大,但增大的幅度较小,并列焊的焊缝抗拉强度仅为单道焊缝的93％左右;为了获取相同宽度的焊核,采用加粗搅拌针单道焊比并列焊更具有优势.     

不锈钢与6061铝合金旋转摩擦焊接接头组织与力学性能

采用旋转摩擦焊接技术进行了1Cr18Ni9Ti不锈钢与6061铝合金的焊接,分析不同工艺参数下钢铝旋转摩擦焊接头的焊缝成形、显微组织和力学性能。结果表明,不锈钢与铝合金的连接界面发生元素扩散并形成一定厚度的结合层,提高旋转速度能够增加结合层的厚度,随着顶锻力的提高,结合层的厚度先增加后减小。钢铝界面处的铝合金晶粒发生拉长变形,出现晶粒细化现象。靠近接头界面处硬度相对较高,接头拉伸强度随着旋转速度和顶锻力的提高先增加后下降,在旋转速度为600 r/min,顶锻力为3.8 kN时获得1Cr18Ni9Ti不锈钢与6061铝合金接头抗拉强度值最高为262 MPa。断裂位置主要位于钢铝连接界面,部分位于铝合金侧,焊接断口存在小而浅的韧窝。     

6061-T4铝合金搅拌摩擦焊T型接头缺陷及性能

对板厚3mm的6061-T4铝合金T型接头进行搅拌摩擦焊接研究并具体讨论了旋转速率(ω)及焊接速率(v)对焊接缺陷及力学性能的影响。结果表明:对给定的夹具形式和搅拌工具,当v不变时焊缝前进侧筋板圆角过渡处容易产生随ω/v增大而减小的隧道缺陷,后退侧圆角区易出现清晰的"Z"连接线;壁板出现两个随ω增大而扩大的软化区域,而壁板焊缝中心的硬度随ω增大而升高;T型接头筋板焊缝热力影响区同样被软化,其硬度较母材降低17.0%;局部组织软件是造成所有接头沿壁板方向加载抗拉强度下降的重要原因,其最高抗拉强度只达到母材的73.8%,隧道缺陷是引起ω=1008r/min筋板方向强度降低的主要原因,而ω=1541r/min和ω=2256r/min筋板方向强度降低主要归结于T型接头中热力影响区组织的软化,其中当ω/v=1541/218 r/mm时,沿T接筋板方向抗拉强度最高可达到母材的83.5%。     

2524铝合金的搅拌摩擦焊对接工艺

以2524-T3板材作为试验材料,研究了薄板的搅拌摩擦焊对接工艺,优化了对接焊的工艺参数,获得了焊接工艺窗口及最优工艺参数.在最优工艺参数下生产的对接焊件具有良好的质量外观,焊件的变形量和焊缝减薄量极小;焊件的X射线检测结果表明焊件内部质量良好,没有在照片上发现缺陷;金相组织分析显示,焊缝横截面组织均匀致密;焊接接头静力拉伸性能测试结果表明焊缝抗拉强度的平均为397 MPa,为母材抗拉强度的90.4％.     

2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊与熔焊交叉接头的组织及性能

文摘对2219C10S铝合金进行双轴肩搅拌摩擦焊接,之后沿垂直于双轴肩搅拌摩擦焊方向进行变极性TIG焊接制备交叉接头,并对比分析了交叉接头与单一TIG接头的组织和力学性能。交叉接头与单一TIG接头的组织特征既有相同之处也存在差异。相同之处为焊缝区均由直流氦弧焊作用下的柱状区和交流脉冲氩弧焊作用下的碗状区组成;不同之处在于两者的母材区分别为细小等轴晶和轧制板条晶粒,而热影响区都是在母材晶粒上发生粗化长大。显微硬度测试结果表明,两类接头的横截面显微硬度分布均呈"W"型,单一TIG接头的的显微硬度分布梯度大于交叉接头,但交叉接头的软化区宽度更窄。拉伸测试结果得出,两类接头均断裂于接头的热影响区。沿SR-FSW焊缝方向的交叉接头的抗拉强度系数为66.14%,略低于单一TIG接头,但接头延伸率比单一TIG接头高约30%。断口形貌研究表明,交叉接头的断口形貌为典型的韧性断裂,而单一TIG接头还可观察到部分脆性断裂特征。     

LF6铝合金与不锈钢异种金属惯性摩擦焊工艺技术研究

铝合金与不锈钢物理化学性能较大的差异使两者采用常规焊接技术较难实现连接。本文采用惯性摩擦焊接技术进行了LF6铝合金与不锈钢异种金属连接,分析研究了接头的微观组织及拉伸力学性能。研究结果表明,LF6铝合金与不锈钢惯性摩擦焊接过程中,相对不锈钢一侧,LF6铝合金一侧发生了较大的塑性变形,飞边主要由LF6铝合金摩擦挤压而成;微观组织显示LF6铝合金一侧分为细晶区、拉长晶区和母材区,细晶区中呈现为细小等轴晶状组织,拉长晶区为摩擦剪应力作用下的板条状拉伸组织。EDX分析表明,在摩擦热和顶锻力的作用下,焊接界面存在明显的浓度梯度,形成了数微米的扩散反应层;力学断口断裂于铝合金一侧受力薄弱区。     

装配间隙对顶盖环缝搅拌摩擦焊焊接质量的影响

结合超声波相控阵、金相观察、力学试验分析技术,研究了由于铣切角度不同产生的装配间隙对顶盖环缝搅拌摩擦焊焊缝质量及力学性能的影响。结果显示当铣切角差异带来的装配间隙大于1.30 mm时,焊缝中存在孔洞型体积缺陷,装配间隙越大,缺陷越严重;装配间隙的存在会使得焊缝的致密程度降低,焊缝的延伸率下降,并且在装配间隙大于1.30 mm时,焊缝的抗拉强度会发生大幅度地下降。     

装配条件对2219铝合金搅拌摩擦焊接工艺的影响

对2219铝合金搅拌摩擦焊接过程中容易出现的对接间隙、搅拌头与对接界面不对中等装配条件进行研究,并对接头的微观组织和力学性能进行分析。结果表明:在转速800r/min、焊速200mm/min、轴肩下压量0.3mm的优化参数下,接头抗拉强度随对接间隙的增加而降低,当对接间隙达到0.5mm时,接头拉伸性能显著降低;随着搅拌头偏移对接界面距离的增加,接头拉伸性能逐渐降低,但不同偏移方向有所差别,当偏移距离达到2.0mm时,接头底部出现未焊合缺陷,拉伸性能降低明显。     

01420铝锂合金的搅拌摩擦焊接

对2 mm厚的01420铝锂合金薄板实现了搅拌摩擦焊接(FSW),分析焊接接头的微观组织形态,研究焊接工艺参数对搅拌摩擦焊接接头成型和接头性能的影响,并与氩弧焊接接头性能相比较.结果表明,当工艺参数选取得当时,焊缝成型较好,表面光洁,焊接接头的强度可达到母材强度的77%,接头的弯曲角可达到180°,均高于氩弧焊接接头.     

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.     

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.     

平移速度的变化对搅拌焊接材料流动的影响

基于有限元方法对不同搅拌头平移速度下搅拌摩擦焊接过程中焊接构件Al6061-T6材料的三维流动问题进行分析,研究了搅拌头平移速度的变化对等效塑性应变的分布和材料流动的影响。结果表明,搅拌头前方的材料向上涌起,被旋推到搅拌头后方并开始向下运动,这一过程是促使搅拌摩擦焊接顺利完成的主要原因。材料的等效塑性应变等值线与不同焊接区域的边界具有较好的对应关系。随着搅拌头平移速度的增加,垂直于焊缝方向上的截面上,等效塑性应变减小,但是材料的流动速度会随之增加。较低的搅拌头平移速度有利于焊缝中心线两侧材料的融合。     

摩擦焊机机身的经济截面设计

摩擦焊机机身为钣焊结构件,采用本文的经济截面设计有利于机身结构的制造从定性走向定量,从而节约材料和加工成本,提高摩擦焊机的性能/价格比。     

TC4＋TC17线性摩擦焊接头的微观组织与力学性能

进行了TC4+TC17异种钛合金试件的线性摩擦焊实验,利用光学显微镜、扫描电镜及透射电镜分析了焊接接头的微观组织,并进行了焊后接头的力学性能测试.着重分析了焊接接头的焊缝、近缝区及变形区的组织特点及相变规律,并结合线性摩擦焊的工艺特点,初步分析了形变组织的形成机理.实验结果表明,利用合理的焊接工艺参数,用线性摩擦焊方法可获得可靠的Tc4+TC1钛合金焊接接头,接头的拉伸性能优于TC4母材.TC4与TC17接头的焊缝区为等轴细品组织,两侧近缝区、变形区的组织形貌差异较大.     

2014铝合金搅拌摩擦焊缝的拉锻式摩擦塞补焊

采用拉锻式摩擦塞补焊方法对4mm厚的2014铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷进行了补焊,焊后对塞补焊接头的微观组织和拉伸性能进行了分析。研究结果表明,摩擦塞补焊接头分为焊缝区、热影响区和母材区三部分,焊缝由细小的等轴再结晶组织构成。选择合适的焊接参数和接头结构,塞补焊接头的抗拉强度可以达到330MPa以上,达到或超过搅拌摩擦焊接头强度。塞补焊接头微观硬度分析表明,塞补焊后接头焊缝区硬度较高,但整体硬度变化不大。