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搅拌摩擦焊接及其衍生技术
6061-T6铝合金中空薄壁型材双轴肩搅拌摩擦焊工具设计与工艺分析
张颖川, 马国栋, 代鹏, 王敬水, 金炜
, doi: 10.12073/j.hjxb.20210512001
摘要:
基于双轴肩搅拌摩擦焊热输入的理论分析,建立了焊接工具结构尺寸特征值与待焊工件厚度之间的工程模型.利用该工程模型,设计并优化得到适用于厚度为2.5 mm的6061-T6铝合金薄板的双轴肩搅拌摩擦焊工具.使用该工具对中空薄壁型材进行焊接,并对焊接工艺参数进行优化. 结果表明,当焊接工具转速为1 000 r/min、焊接速度为600 mm/min时,可以得到综合力学性能最佳的焊接接头,其中正面焊缝焊接接头抗拉强度可达231 MPa,为母材抗拉强度的77%,弯曲角度达180°;反面焊缝焊接接头抗拉强度可达226 MPa,为母材抗拉强度的76%,弯曲角度达180°.
冷喷涂对2219铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力与力学性能的影响
祁志伟, 杨夏炜, 邹阳帆, 汤化伟, 李文亚
, doi: 10.12073/j.hjxb.20211231002
摘要:
为了改善铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力与力学性能,在4 mm厚2219铝合金搅拌摩擦焊接头上表面进行冷喷涂试验,研究分析了冷喷涂前后接头残余应力与力学性能的变化. 结果表明,焊态接头纵向残余应力呈不对称“M”形分布,残余应力峰值位于前进侧靠轴肩附近;冷喷涂后,接头残余应力大幅度降低,残余应力峰值由186 MPa降低至43 MPa.涂层沉积厚度约200 μm,涂层与基体界面产生了较大的塑性变形,基体界面附近组织晶粒得以细化.由于冷喷涂过程的喷丸效应,接头上表面显微硬度平均提高了25 HV,作用深度约1 mm.接头拉伸性能也获得明显改善,抗拉强度提升6.3%,断后伸长率提升78.6%,焊态与冷喷涂态的拉伸试样均在接头前进侧的热影响区附近发生断裂,符合在低硬度区或弱结合面产生裂纹并扩展的弱区断裂的特征.
SiCp/2009Al复合材料搅拌摩擦焊T形接头组织与力学性能
张振, 薛鹏, 王东, 王全兆, 倪丁瑞, 肖伯律, 马宗义
, doi: 10.12073/j.hjxb.20220104002
摘要:
在工具转速800 ~ 1200 r/min、焊接速度100 ~ 150 mm/min的工艺参数下,对6 mm厚的硬态(自然时效态)体积分数为15% SiCp/2009Al复合材料轧制板材进行T形搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW),均获得了致密无缺陷的接头. 结果表明,FSW过程中,剧烈塑性变形使焊核区部分SiC颗粒发生一定程度的破碎,破碎程度随转速的增加而增加,随焊接速度的增加而减弱;焊核区中的微米级强化相发生破碎、溶解,并沿焊核区细晶界面析出. T形接头横板两侧各存在2个低硬度区,靠近焊核区的低硬度区的硬度比远离焊核区的低硬度区的硬度低;固定焊接速度为100 mm/min时,转速从800 r/min增加到1200 r/min时,接头的抗拉强度不变;固定转速为800 r/min时,将焊接速度从100 mm/min增加到150 mm/min时,接头的抗拉强度轻微降低. 接头拉伸过程中在横板与竖板交界处受应力最大,所有接头均在此区域断裂.
5A06铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊T形接头组织与性能
秦丰, 张春波, 周军, 乌彦全, 梁武, 巫瑞智
, doi: 10.12073/j.hjxb.20220201001
摘要:
采用静止轴肩搅拌摩擦焊方法实现了10 mm厚5A06铝合金T形接头的焊接. 通过低主轴转速匹配高焊接速度与高主轴转速匹配低焊接速度两组不同的焊接参数,结合拉伸试验、宏观与微观金相分析、电子背散射衍射(electron backscattered diffraction,EBSD)分析与扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)断口分析,研究了热输入对焊接接头力学性能与组织的影响. 结果表明,在两组焊接参数下均可获得无孔洞缺陷的全焊透T形接头,焊缝表面光滑平整,几乎无减薄发生;热输入不同会改变搅拌针与周围材料的摩擦形式,引起焊缝出现弱结合缺陷,并影响接头抗拉强度; 在高主轴转速匹配低焊接速度时,焊缝中心重叠区顶部易产生弱结合缺陷,导致接头抗拉强度较低,为198 MPa,拉伸试样断裂在筋板. 在低主轴转速匹配高焊接速度时,焊缝无缺陷存在,接头抗拉强度为287 MPa, 拉伸试样断裂在底板.
高强铝合金可变转速回填式搅拌摩擦点焊温度场及接头组织性能调控
赵运强, 赵宇佳, 刘喆, 林志成, 董春林, 邓军
, doi: 10.12073/j.hjxb.20220102001
摘要:
针对7B04-T74铝合金,采用可变转速回填式搅拌摩擦点焊(variable rotation speed-refill friction stir spot welding, V-RFSSW)新方法开展了数值仿真及试验研究. 结果表明,V-RFSSW温度场围绕搅拌头轴线呈圆形对称分布,焊点高温区域集中在搅拌套空腔内部. 与扎入阶段转速相同的常规回填式搅拌摩擦点焊(refill friction stir spot welding, RFSSW)相比,V-RFSSW新方法既可在扎入阶段使材料充分塑化,以保证焊点成形,同时,通过降低回填阶段搅拌头转速降低焊接峰值温度及高温停留时间,抑制组分液化的发生,避免了共晶相的生成. V-RFSSW与常规RFSSW接头显微硬度均呈“W”形分布,且扎入阶段转速相同的情况下V-RFSSW接头搅拌区平均硬度更高. 在拉剪载荷下两种接头均以“纽扣”形式发生断裂,其中V-RFSSW接头拉剪失效载荷为8835 N,高于RFSSW接头的8162 N.
6061-T6/7075-T6异种铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能
高士康, 周利, 张欣盟, 张军峰, 李高辉, 赵洪运
, doi: 10.12073/j.hjxb.20210616003
摘要:
利用搅拌摩擦焊实现了2 mm厚7075-T6/6061-T6异种铝合金连接,并对材料放置位置和转速对接头成形与组织性能的影响进行了分析. 结果表明,7075-T6铝合金置于前进侧时更有利于焊接过程中材料的迁移行为,焊缝成形及接头性能更优.当焊接速度为150 mm/min、转速为1 000 r/min时,可获得内部无明显缺陷、外观良好的异种铝合金接头;热力影响区相较与母材的小角度晶界含量增加,焊核区发生动态再结晶,小角度晶界转化为大角度晶界;接头拉伸性能随转速的增加,呈现先增加后减小的趋势.接头的平均抗拉强度和断后伸长率分别达到231 MPa和4.0%. 接头的断裂位置位于6061侧焊核区,与接头硬度最小位置相吻合.
2195-T6铝锂合金搅拌摩擦焊接头微观组织结构与力学性能
戴翔, 石磊, 武传松, 蒋元宁, 高嵩, 傅莉
, doi: 10.12073/j.hjxb.20210524002
摘要:
采用搅拌摩擦焊对2 mm厚的2195-T6铝锂合金进行焊接,利用OM,SEM,EBSD等分析技术探讨焊接速度对接头组织结构与力学性能的影响. 结果表明,搅拌头转速为800 r/min、焊接速度在120 ~ 210 mm/min范围内,焊核区晶粒均较为细小,平均晶粒尺寸约为1 μm. 随着焊接速度的提高,大角度晶界含量增大,焊核区的{110}<110>织构和{011}<100>戈斯织构消失. 接头硬度的最低值均出现在后退侧热影响区,且在焊接速度为180 mm/min时,接头的抗拉强度与断后伸长率达到最大值,最大抗拉强度为467 MPa,约为母材的86.3%,此时断后伸长率为4.9%,断裂模式为韧性断裂,但断口呈现一定的脆性断裂特征.
摩擦增材辅助Ti/Al搅拌摩擦搭接接头特征分析
吕宗亮, 刘景麟, 韩振宇, 朱栋, 万龙, 黄永宪
, doi: 10.12073/j.hjxb.20211229003
摘要:
为解决Ti/Al异种材料搅拌摩擦焊接接头强度低、搅拌针磨损等问题,提出一种摩擦增材辅助搅拌摩擦搭接焊(friction addition-friction stir lap welding, FA-FSLW)技术. 该新工艺延续了固相连接的优势,具有热输入量低、界面金属间化合物薄等特点.文中研究了以6082铝合金作预沉积层辅助实现3 mm厚2A12铝合金板与4 mm厚TC4钛合金板之间的连接,焊接过程中搅拌头扎入铝沉积层而不接触钛表面,得到抗拉载荷最大为12.2 kN的接头.结果表明, FA-FSLW复合焊接头的界面迁移越大,接头承载越小.同时,发现界面处的Ti, Al元素发生了明显互扩散,Si元素在界面偏聚,与Ti, Al元素发生冶金反应后形成层状纳米级Ti-Al-Si金属间化合物,为提高接头强度奠定基础.
搅拌摩擦增材制造关键技术与装备发展
温琦, 刘景麟, 孟祥晨, 黄永宪, 万龙
, doi: 10.12073/j.hjxb.20210616004
摘要:
搅拌摩擦增材制造 (friction stir additive manufacturing, FSAM) 是一种全新的固相增材技术,解决了材料熔化而产生气孔、裂纹等问题,大幅度提高增材制造零件的机械性能,提升制造组件的结构利用率,被认为是金属增材制造领域的重大突破. 介绍了增材制造技术发展历史及特点,总结了固相增材技术优势,阐述了FSAM技术的基本概念、成形原理、发展趋势、组织微观结构演变行为以及力学性能;归纳了当前FSAM所采用的设备类型及其控制系统,重点分析了该技术未来发展应用所面临的挑战及机遇.
FSS/ASS厚壁异种钢“TIG冷焊 + UNGW”组合焊的接头组织及性能
郑韶先, 汪军平, 赵锡龙, 史伟
, doi: 10.12073/j.hjxb.20210720001
摘要:
为了有效解决铁素体不锈钢的焊接热影响区晶粒易粗化问题,以及奥氏体不锈钢焊接时在接头部分熔合区及其附近热影响区内因易形成蠕虫状δ铁素体而显著降低该区域耐腐蚀性的问题,文中提出了“TIG冷焊 + UNGW”的组合焊接工艺,并进行了1Cr17/1Cr18Ni9Ti厚壁异种不锈钢的焊接,同时对所得接头的显微组织、力学性能及耐腐蚀性进行了测试与分析. 结果表明,组合焊接头的1Cr17母材热影响区晶粒未发生粗化,并且1Cr18Ni9Ti母材部分熔合区及其附近热影响区内未形成蠕虫状δ铁素体;组合焊接头的抗拉强度优于1Cr17母材,并且1Cr17母材热影响区的冲击吸收能量与1Cr17母材相当;组合焊接头的熔敷层、1Cr18Ni9Ti母材、1Cr17母材、UNGW焊缝区及完整接头的耐腐蚀性呈依次下降的趋势.