铝锂合金交流CMT焊接高频脉冲复合电弧焊接技术研究进展

随着兵器工业和航空航天领域对高强、轻质Al-Li系合金结构件的迫切需求,实现Al-Li合金的可靠高效连接显得日益重要。针对在焊接Al-Li合金使用传统焊接方法易出现热输入量大、焊接稳定性差导致的组织性能差及气孔、热裂纹缺陷等问题,提出采用交流CMT焊接与DC-DC变换高频脉冲复合电弧焊接技术进行Al-Li系合金焊接,利用低热输入量的交流CMT焊接电弧破除合金表面氧化膜,减小熔池气孔和热裂纹敏感性,利用高频脉冲电弧的高频效应及其电弧超声细化晶粒,提高接头强度,获得良好的结合性能。     

搅拌摩擦焊接铝合金焊区裂纹稳态扩展的临界CTOA

通过对铝合金2524-351母材及两种搅拌摩擦焊接（FSW）参数下焊区的Ⅰ型裂纹稳定扩展的研究,定义了新的临界CTOA（ψc1）的测定方法。ψc1的计算结果表明不同搅拌摩擦焊接参数下焊区临界CTOA对应一恒定值,故提出可用临界CTOA作为一断裂参量来描述FSW焊区的抗断性能,优化FSW的焊接参数。     

6061-T6铝合金薄板的搅拌摩擦焊接

采用搅拌摩擦焊(FSW)技术对1mm厚6061-T6铝合金薄板进行了对接. 研究了焊接工艺参数的范围,实验测试了焊接接头的强度、硬度和延伸率,利用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜分析了接头的微观组织. 结果表明:对于1mm厚度6061-T6铝合金,FSW的最优工艺参数为旋转速度1800r·min-1,焊接速度1000mm·min-1;在此参数下,接头的硬度值达到母材的80%左右,抗拉强度达到母材的103%,延伸率达到母材的54%;接头的力学性能与微观结构相符.     

搅拌摩擦焊接与加工技术研究进展

搅拌摩擦焊（friction stir welding,FSW）是英国焊接研究所（The Welding Institute,TWI）于1991年发明并获世界范围内专利保护的新型固相焊接技术,是世界焊接技术发展史上自发明到工业应用时间跨度最短且发展最快的一项神奇的连接技术,被誉为“世界焊接史上的第二次革命”和“绿色焊接技术”。     

搅拌摩擦焊接Cu-Al接头组织及焊缝质量分析

利用搅拌摩擦焊(FSW)对纯铝和T2紫铜进行对接焊接时,为了获得最优工艺参数,提高焊缝质量,本研究采用不同固定位置、不同转速和不同偏移量下,Cu-Al异种材料FSW对接焊接的工艺过程。结果表明:当Cu板固定在前进侧时,在搅拌头旋转速度为1 000 r/min、焊接速度为100 mm/min、偏向铝侧2 mm的工艺参数下,可以获得高质量焊缝,焊接工艺参数与焊缝表面形貌、力学性能和微观组织以及焊缝质量密切相关。该工艺参数下焊缝的强度、硬度等力学性能基本接近于母材。通过对本研究焊缝微观组织的分析发现,焊核区晶粒发生动态再结晶并获得细化的等轴组织,热机影响区受搅拌头作用扭曲变形,晶粒沿塑材流动方向纤维化,热影响区受温度梯度影响较母材区晶粒粗大化。     

铝合金的激光焊接

叙述了在铝合金激光焊接中如何改善熔化性、选择工艺参数、防止热裂纹及气孔等缺陷的措施和方法。铝合金激光焊接焊缝金属微观组织特征及微观偏析不仅与合金本身有关系，而且焊接条件对其有很大影响；铝合金焊缝硬度与合金元素含量、焊接工艺条件之间有着密切关系。     

1420Al—Li合金模锻件热处理新工艺及机理

采用正交法设计了 14 2 0Al-Li合金模锻件的热处理工艺方案 ,按设计方案进行了热处理试验和力学性能测试 ,并运用金相、透射电镜等手段研究了固溶温度、固溶时间、时效温度、时效时间影响14 2 0Al-Li合金模锻件强度和韧性的微观机制 ,获得了 14 2 0Al-Li合金模锻件的最佳热处理工艺制度。结果表明 :合金经 4 5 5℃× 170min固溶淬火 ,14 0℃× 12～ 16h时效工艺处理后 ,力学性能指标分别为σb≥ 4 93MPa ,σ0 .2 ≥ 398MPa ,σ≥ 12 9% ,达到最佳的强韧性效果。同时 ,对该合金的强韧化机理进行了探讨     

LY12铝合金的搅拌摩擦焊接工艺研究

根据摩擦搅拌焊接(FSW)的固相塑性连接工艺特点,在FSW焊机上进行大量的LY12铝合金连接试验.针对接头成型特点、微观组织及力学性能等,研究了焊接规范参数对于焊缝成型的影响,确定了最佳焊接参数.结果表明,当转速在1050r/min时,随焊速增加,接头强度下降;在焊速20～60mm/min内焊接时,接头强度下降不很明显,因此在此范围内均可得到强度较高的接头.其中焊速在20mm/min时可得到强度最高的接头,其强度值为320MPa,是母材强度的73%,而用常规焊接方法进行连接时强度只有60%～70%.     

预热条件下双面搅拌摩擦焊接厚规格管线钢接头的组织与韧性

熔焊伴随的高热输入极易引起热影响区（Heat Affected Zone, HAZ）组织的粗化和脆化,尤其是在临界粗晶热影响区（Inter-critically Coarse-grained HAZ, ICCGHAZ）,严重削弱接头韧性。本研究中,在预热条件下对11 mm厚的管线钢板进行双面搅拌摩擦焊接（Friction Stir Welding, FSW）,并与双面熔化极气保护焊接（Gas Metal Arc Welding, GMAW）接头进行比较,系统地研究了焊接接头中各亚区组织与韧性之间的关系。与GMAW接头相比,FSW接头ICCGHAZ韧性显著改善。通常,由于高的峰值温度和变形抗力,FSW管线钢接头焊核区（Nugget Zone, NZ）组织比较粗大。然而,在本研究中,第一道次NZ（NZ1）在进行第二道次FSW时被重新加热,由于发生铁素体静态再结晶,NZ1组织明显细化。在整个FSW接头中,NZ韧性最佳,达到母材的112%。这归因于NZ1中细小的铁素体晶粒可以有效阻碍裂纹的萌生和偏转。     

搅拌摩擦焊技术应用与研究

 在搅拌摩擦焊技术发展的10余年间,从最初的铝合金焊接发展到多种金属轻合金和非金属材料的焊接,因其固相连接的技术优势得以迅速推广。文中对搅拌摩擦焊技术研究的成果与主要研究方向予以阐述,总结了焊接材料、搅拌头结构与材料、金相组织结构与力学性能、运动学和动力学模拟,以及焊接工艺与设备研究现状与应用前景。对于焊接材料研究,已经涉及具有高温流动塑性的金属和非金属材料;各类焊接材料与搅拌头结构及焊接工艺参数的工艺数值优化也在不断规范;金相组织结构与力学性能的研究则为焊接机制研究及搅拌摩擦焊的推广应用提供理论依据;运动学和动力学模拟作为焊接工艺参数优化手段得以广泛使用;搅拌摩擦焊设备的研制国内已经起步,并由单一的固定式搅拌摩擦焊机向多种类型、智能虚拟化方向发展,为搅拌摩擦焊的推广奠定基础。随着搅拌摩擦焊技术研究和应用的深入,对连接技术的发展产生巨大的冲击和推动,特别是航天航空领域的应用,必将带动搅拌摩擦焊技术在国民经济各行业装备制造过程中的迅速发展,具有非常光明的应用前景。     

紫铜的搅拌摩擦焊工艺与接头性能分析

搅拌摩擦焊是一种新型固相塑性连接方法,它的出现为铜的焊接提供了一种新的工艺.对紫铜的搅拌摩擦焊工艺进行了研究,通过工艺试验,对其焊缝成形、接头组织形态及其力学性能进行了分析.研究结果表明,搅拌摩擦焊接紫铜时应选用搅拌头旋转速度在400~700 r/min,焊接速度为35~60 mm/min;从显微组织角度,由于接头主要发生了动态再结晶,焊接接头没有热力影响区,而是三个区,即焊核区、热影响区、母材区.研究还发现用搅拌摩擦焊得到的铜接头出现了明显的软化现象,接头的机械性能比母材低,但比熔化焊得到的接头性能要高,其平均抗拉强度可达到母材的80%.     

搅拌摩擦焊、搅拌振动摩擦焊和钨极惰性气体焊接AA6061-T6接头的组织和力学特性对比研究

This study compared the microstructure and mechanical characteristics of AA6061-T6 joints produced using friction stir welding (FSW), friction stir vibration welding (FSVW), and tungsten inert gas welding (TIG). FSVW is a modified version of FSW wherein the joining specimens are vibrated normal to the welding line during FSW. The results indicated that the weld region grains for FSVW and FSW were equiaxed and were smaller than the grains for TIG. In addition, the weld region grains for FSVW were finer compared with those for FSW. Results also showed that the strength, hardness, and toughness values of the joints produced by FSVW were higher than those of the other joints produced by FSW and TIG. The vibration during FSW enhanced dynamic recrystallization, which led to the development of finer grains. The weld efficiency of FSVW was approximately 81%, whereas those of FSW and TIG were approximately 74% and 67%, respectively.     

Microstructure and mechanical characteristics of AA6061-T6 joints produced by friction stir welding,friction stir vibration welding and tungsten inert gas welding: A comparative study

This study compared the microstructure and mechanical characteristics of AA6061-T6 joints produced using friction stir welding(FSW), friction stir vibration welding(FSVW), and tungsten inert gas welding(TIG). FSVW is a modified version of FSW wherein the joining specimens are vibrated normal to the welding line during FSW. The results indicated that the weld region grains for FSVW and FSW were equiaxed and were smaller than the grains for TIG. In addition, the weld region grains for FSVW were finer compared with those for FSW.Results also showed that the strength, hardness, and toughness values of the joints produced by FSVW were higher than those of the other joints produced by FSW and TIG. The vibration during FSW enhanced dynamic recrystallization, which led to the development of finer grains.The weld efficiency of FSVW was approximately 81%, whereas those of FSW and TIG were approximately 74% and 67%, respectively.     

7075-T6合金超声辅助搅拌摩擦焊接头搅拌区组织与力学性能

搅拌区的金属流动不充分容易导致轴肩影响区与搅拌针影响区之间的过渡区出现疏松缺陷并恶化接头的力学性能.在不同焊接参数条件下,对7075-T6铝合金分别进行常规搅拌摩擦焊接(FSW)和超声辅助搅拌摩擦焊接(UAFSW),研究了超声振动对接头搅拌区的金属流动行为、微观组织特征和力学性能的影响.结果表明:相同焊接参数下,UAFSW接头搅拌区的力学性能均优于FSW接头.焊接参数为1000r/min-110mm/min 的UAFSW接头搅拌区的抗拉强度和延伸率最高,分别达到515MPa和17.3%.在搅拌摩擦焊接过程中施加轴向超声振动可以显著降低搅拌区金属的屈服应力和流变应力,促进塑化金属沿板厚方向的流动.消除搅拌区中过渡区的疏松缺陷,并细化微观组织,是接头力学性能提高的主要原因.     

镁合金焊接技术研究进展

成熟可靠的焊接技术是镁合金大范围应用的重要保证。本文针对目前镁合金焊接技术的研究现状与存在问题进行了综述与分析,指出各种镁合金焊接技术都具有自身的优、劣势,对其选择应该立足于焊接技术本身的特性与焊接部件的具体要求。其中,钨极氩弧焊、搅拌摩擦焊和激光焊是镁合金焊接工艺中具有巨大发展潜力与应用前景的焊接技术。     

Experimental Investigations of Axial Force Monitoring and Control for Friction Stir Welding Process

Friction stir welding( FSW) is a solid-state welding process that utilizes a rotating tool to induce gross material plastic deformation and join two parts together. A large number of studies have indicated that axial force control can be used to achieve good welding quality. However,in the welding process,due to workpiece's geometry error,improper clamping and other process variations,the axial force can vary significantly and produce welding defects.The control of force in the process of FSW is investigated. At first,the development and evaluation of a closed-loop control system is described,which is equipped with a custom real-time wireless force dynamometer for FSW. Then,an axial force controller is designed based on nonlinear force controllers for FSW. Experimental validations are carried out on an FSW platform. The experimental results demonstrate that the controller maintains the constant axial force and shows desirable dynamic behavior, even when the disturbance is encountered during the welding process.     

搅拌摩擦焊接过程温度场动态仿真

推导了一种简易直观的搅拌摩擦焊接热源模型,并将模型应用于焊接过程温度场动态仿真,得到了焊接过程中不同时刻和位置处的热循环曲线,确立了温度场在时间和空间上的分布规律,并研究了不同焊接工艺参数时的温度场.结果表明:焊接最高温度为496.5℃,低于铝合金的熔点;沿焊缝不同位置处的温度值依次从初始温度迅速升高到最高温度500℃左右,然后又缓慢回复到初始温度附近;离焊缝越近,温度升高得越剧烈,最高温度越高;焊接工艺参数对搅拌摩擦焊接过程温度场影响显著.     

搅拌摩擦焊机控制器的研制

搅拌摩擦焊机控制器的研制是研究FSW技术的关键之一.针对不同材料、不同规格工件时,必须使用不同的规范进行焊接,并且能在一定范围内调节摩擦功率,这也是该焊机所必须具备的性能.论述了以电流限值作为力矩自适应调节的方法,以变频调速技术为基础的主轴转速调节手段,从而保证了摩擦头在较大转速范围内改变且运行稳定,满足了不同板厚时的热量需求.同时利用MCGS软件实现了对焊接参数的控制、读取和显示.实际运行表明,该焊机控制器完全满足了设计要求.     

舟桥结构用铝合金的焊接试验

针对舟桥承重结构备选铝合金,进行实验室焊接试验,获得了氩气和氦一氩混合气保护下相应的焊接工艺参数,对焊接接头的强度、硬度等性能进行了试验检测和分析;进行大型多腔铝合金型材的焊接工艺试验,确定了铝合金舟桥甲板的合理制造工艺。