用于高强钢胶粘修补的螺柱塞焊接头性能分析

为了解决车身装配中胶粘接头由于工艺操作或受力过载等原因造成的胶粘接头失效问题,提出了螺柱塞焊(SPW)连接方法,该方法可结合工业焊接机器人对高强钢胶粘接头进行自动化修补.以试验为基础,研究了使用螺柱塞焊工艺修补后的胶粘接头静态力学性能与疲劳特性,将其与同种材料电阻点焊(RSW)焊接试样进行比较.试验结果表明,螺柱塞焊焊接试样静拉伸强度接近电阻点焊,熔池组织致密,两种试样疲劳寿命曲线几乎相同,使用该方法可以获得与电阻点焊接头相近的接头力学性能.     

铝-铜合金回填式搅拌摩擦点焊接头 连接机理与断裂模式分析

为了提高飞机蒙皮连接强度,采用回填式搅拌摩擦点焊(RFSSW)技术对飞机蒙皮材料2524-T3进行了焊接试验。采用体式显微镜和金相显微镜对接头组织进行观察,通过拉剪试验和拉脱试验对接头进行力学性能测试,对断口进行扫描分析。结果表明:接头成形良好,无明显缺陷,RFSSW接头在热机耦合作用下,焊点形成4个不同显微组织区域;RFSSW接头力学性能普遍高于铆接,焊接接头剪切性能达到7.233 kN,较铆接提高113.4%,焊接接头拉脱性能达到3.172 kN,较铆接提高6.16%;接头断裂呈现为焊核剥离断裂和塞型断裂两种模式,当接头下扎深度较浅,焊点内部搅拌不足时产生焊核剥离断裂,随着套筒下扎深度的增加,塞型断裂由上板塞型断裂转变为下板塞型断裂,拉剪和拉脱焊核剥离断裂均为韧性断裂,塞型断裂均为混合型断裂。通过对回填式搅拌摩擦点焊接头力学性能的分析,为搅拌摩擦点焊代替铆接在航空结构件上的应用提供理论和技术基础。     

6082铝合金摩擦塞补焊接头焊核区晶体特征

为降低对设备要求,在填充式搅拌摩擦焊匙孔修复技术的基础上,采用摩擦辅助加热的方法对6082铝合金匙孔类体积型缺陷进行了摩擦塞补焊试验,得到了成形良好的塞补焊接头.对接头焊核区进行EBSD分析.结果表明:晶粒细化显著,存在明显择优取向.塞棒转速由1 800 r/min增加至2 000 r/min,晶粒形状由等轴晶转变为线锤状,平均晶粒尺寸增大,大角度晶界组分略有降低;焊核区存在变形、剪切及再结晶混合织构,再结晶织构组分随转速增加而增加,由速度增加对变形速率产生的影响降低,相应地由速度增加对再结晶所产生的影响被强化.     

2024-T42铝合金点焊接头性能研究

为改善高强铝合金接头连接性能,提高焊接质量,研究了2024-T42铝合金回填式搅拌摩擦点焊(RFSSW)、电阻点焊和铆接3种不同接头的连接性能,采用显微组织观察试验、拉伸试验、拉剪试验和显微硬度试验等方法,对接头组织和性能进行表征与分析.结果 表明:RFSSW接头的力学性能最优,拉剪性能达到7.23 kN,较铆接和电阻...     

7475铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头链状孔洞研究

7475铝合金具有出色的力学性能,被广泛应用于航空航天领域.使用回填式搅拌摩擦点焊进行焊接能够有效地消除传统搅拌摩擦点焊接头中的匙孔,使力学性能得到大幅提高.但是,对于如7000系高强铝合金进行回填式搅拌摩擦点焊实验时,依然存在力学性能不良、得不到良好焊点的问题,这是由于在对高强铝合金进行回填式搅拌摩擦点焊时,需要更大的热输入才能使母材受搅拌作用形成塑性材料.当焊接热输入较大时,焊点内易产生裂纹和孔洞等缺陷从而影响焊点的力学性能.本研究采用激光共聚焦显微镜、电子扫描显微镜(SEM)对链状孔洞的形貌特点进行了系统的分析,并对链状孔洞的产生原因进行了分析讨论,同时进行了一系列工艺参数实验研究工艺参数对焊点内链状孔洞的影响.研究结果表明,7475铝合金回填式FSSW焊点在较高热输入情况下搅拌区(SZ)内存在对称分布且呈现链状的孔洞,链状孔洞的方向与焊接过程中塑性材料的流动方向一致,这是由于焊接过程中焊具的搅拌以及焊接温度的不断提高,母材中原本存在的金属间化合物(IMC)被焊具打碎并随着材料流动方向汇聚在SZ内,当SZ内温度达到共晶温度时,IMC与Al发生了共晶反应造成了熔化.此外,随着搅拌套下压深度增加,链状孔洞密集程度上升;随着搅拌套运动速率增加,链状孔洞密集程度下降;随着焊具旋转速度的增加,链状孔洞密集程度上升.     

6082-T6铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头的性能

针对2mm的6082-T6铝合金薄板进行回填式搅拌摩擦点焊,研究搅拌套的旋转速度及下扎深度对力学性能的影响规律,并对接头的横截面及断口形貌进行观察和分析.结果表明:当采用合适的焊接参数时,回填式搅拌摩擦搭接点焊的接头成形美观.点焊接头剪切强度随着搅拌头转速和下扎深度的增加均呈先增大后减小的趋势,剪切断口的断裂形式为韧性断裂.     

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。     

2219-T87超声辅助搅拌摩擦焊接头组织与性能

为了研究超声辅助对2219铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响,采用超声辅助搅拌摩擦焊方法对3mm厚2219-T87铝合金板进行对接焊试验.对接头进行微观组织分析、力学性能测试、三维应变测试、断口扫描及XRD实验分析.结果表明,在搅拌摩擦焊接过程中加入高频超声振动,焊缝抗拉强度提高了8.48%,断裂应变提高了9.25%,同时有效改善了焊接接头微观组织的上下不均匀性,增大了焊缝底部横截面尺寸,对焊缝底部缺陷有明显的抑制作用,且通过XRD试验,发现在搅拌摩擦焊过程加入超声后,由于焊接温度的下降,使得强化相θ″相与θ′相长大聚集程度下降,同时粗大的θ相粒子聚集程度降低,使焊缝综合力学性能得到提高.     

钢/铝回填式搅拌摩擦点焊接头界面形貌和组织研究

采用回填式搅拌摩擦点焊实现了钢和铝合金板的连接。利用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子探针X射线显微分析仪等设备观察了钢/铝点焊接头的界面形貌，并分析了钢/铝点焊接头的力学性能与界面形貌的关联机制。结果显示，钢/铝点焊接头的断裂类型为钮扣断裂，力学性能较好。钢/铝点焊接头结合良好，未见明显的焊接缺陷。在钢/铝点焊接头界面处可以观察到钩状结构和漩涡结构，这些结构提供机械互锁效果，有利于母材的结合。钢/铝点焊接头界面处形成了主要元素为Al、Fe和Si的金属间化合物层。有效的冶金结合和机械结合是钢/铝点焊接头性能良好的主要原因。     

7022铝合金搅拌摩擦焊焊接区的组织与力学性能

以厚度为10mm的7022铝合金为对象进行搅拌摩擦焊接试验,研究了搅拌摩擦焊工艺参数对接头组织和力学性能的影响.结果表明:焊接接头具有良好的力学性能,在搅拌头转速为400r/min、焊接速度为100mm/min时,7022铝合金的搅拌摩擦焊接头抗拉强度和屈服强度分别达615MPa和533 MPa,均超过了母材;焊接接头的显微硬度略低于母材;断口形貌分析表明,7022铝合金搅拌摩擦焊接件拉伸断裂为韧性断裂.     

从电阻点焊(RSW)到摩擦点焊(FSW)——铝合金车身焊接装配新工艺

面对节能减排和环境保护要求,汽车工业大量采用新材料和新工艺。以铝合金车身替代传统钢结构车身是当前实现"减重节能"的有效技术途径。然而传统焊接工艺无法经济有效地实现铝合金薄板连接装配,以固相连接机理为特征的摩擦搅拌点焊(FSW)以其可靠性和环保性优势,成为工业化大生产环境下替代传统电阻点焊(RSW)的经济可行的绿色新工艺。本文介绍了摩擦搅拌焊的固相连接机理,阐述了两类摩擦点焊的工艺原理,并举例说明其在国外汽车工艺的发展应用状况。     

基于神经网络BP算法的7075-T651铝合金搅拌摩擦焊焊接接头疲劳寿命预测

在对航空用5 mm厚7075-T651铝合金搅拌摩擦焊焊接接头进行低周疲劳实验研究的过程中,通过实验数据的获取,建立基于人工神经网络BP算法的搅拌摩擦焊焊接接头疲劳寿命预测模型.利用该网络模型对不同工艺参数下焊接接头的疲劳寿命进行预测.预测值和实验值比较表明,预测数据与实验数据吻合良好.该模型的建立为铝合金搅拌摩擦焊焊接接头疲劳寿命研究节省了时间.     

2219-T6静轴肩辅助搅拌摩擦焊组织与性能分析

为探究安装外部静止轴肩对搅拌摩擦焊接头成形和力学性能的影响,采用自主研制的外部静止轴肩辅助搅拌摩擦焊(Non-Rotational Shoulder Assisted Friction Stir Welding,NR-SA-FSW)焊具对2219-T6铝合金4 mm厚板材进行对接焊试验,观察焊后接头表面成形情况.采用拉伸和显微硬度试验对焊缝的力学性能进行测试,并与相同焊接参数下的搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)进行对比分析.使用金相显微镜和场发射扫描电镜对接头焊缝组织进行分析.结果表明,由于静止轴肩的平动刮擦作用,NRSA-FSW相比FSW,接头表面更加光滑,无鱼鳞纹、飞边以及接头减薄现象.NRSA-FSW接头相比于FSW接头软化区有所增加,接头显微硬度分布更加均匀.NRSA-FSW接头平均抗拉强度323 MPa,达到母材的72％,抗拉强度同FSW相近.NRSA-FSW焊核呈"U"状,焊缝组织无缺陷.接头拉伸试验在焊核区(Nuggest-Zone,NZ)处断裂,为韧性断裂.     

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%.     

搅拌摩擦焊工艺参数对超薄铝合金板/高强钢搭接焊接头组织及性能的影响

采用复合式搅拌头对0.7 mm厚6010铝合金板和2.0 mm厚DP600钢板进行搅拌摩擦搭接焊,在不磨损搅拌头的同时获得了性能优良的焊接接头。研究了不同焊接工艺参数对铝合金/高强钢焊接接头界面结构及力学性能的影响。结果表明,在搅拌针未进入钢板的情况下,顶锻力是搅拌摩擦焊过程中的关键参数,存在一个实现铝合金/高强钢异种材料搅拌摩擦搭接焊的最小顶锻力。在恒定顶锻力5.0 kN,转速1 200 r/min的焊接条件下得到了最佳性能的焊接接头,拉伸强度达到260 MPa,且断裂发生在铝合金母材区。铝合金/高强钢界面存在一层厚2.0 μm的过渡层。     

异种材料导电摩擦焊工艺试验研究

采用导电摩擦焊工艺对小直径异种材料进行了对焊工艺试验．试验表明：由于在摩擦焊过程中引入了电流，利用电阻热来补偿小直径工件在摩擦焊时摩擦热量的不足，因此使小直径异种材料的焊接成为可能．除研究了小直径异种材料导电摩擦焊的基本规律外，还对其接头微观组织与性能的关系以及接头中脱碳层和次生摩擦面的形成与防止进行了分析．     

铝钢电阻单元焊接头力学性能模拟

电阻单元焊接头综合了熔化焊和机械连接的效果,其力学性能由2种连接方式共同决定,而三维有限元模型是研究铝钢电阻单元焊接头力学性能的有效手段.通过金相试验接头宏观形貌,结合硬度实验和经验公式确定接头各区域材料的力学性能,以此作为模型输入.通过该模型,对试验过程中接头断面的几何形貌演化规律以及应力分布特征进行了分析,并结合试验结果研究了接头的失效模式,为揭示接头失效机理提供了借鉴.     

新型热处理工艺对搅拌摩擦焊接头性能的影响

为了抑制焊后热处理过程中搅拌摩擦焊(FSW)接头晶粒异常长大(AGG)现象的发生、保证接头的强韧性,提出固溶-变形-时效一体化的新型焊后热处理工艺。该工艺以2024-O铝合金FSW接头为研究对象,在450℃保温40min后水淬至室温,然后冷拉伸变形,并于190℃人工时效处理。经光学显微镜观察发现,450℃固溶处理能够显著抑制接头AGG现象的发生。固溶后冷变形结合后续人工时效处理工艺,接头力学性能明显改善,接头显微硬度和强度随着冷变形量的增加而不断提高,当变形量为10%时,接头的硬度和强度值达到最大。由于接头没有发生AGG,焊缝细小的等轴晶和析出相使得新型焊后热处理FSW接头的强度、硬度和塑性均高于传统固溶时效热处理接头。     

搅拌摩擦焊技术在航空航天工业中的应用

搅拌摩擦焊技术是一种新型的固态连接技术。在焊接过程中无烟雾、无飞溅、无弧光、无辐射,是一种绿色、环保的低能耗新工艺。具有焊前不需要开坡口,可以节省焊前准备工时、不需保护气、不需填充材料、接头变形小、易实现自动化的优点,在航空航天工业领域中具有巨大的技术潜力和广阔的市场应用前景。     

不等厚铝合金板材搅拌摩擦铆焊塑性连接机理研究

为了克服传统铝合金点连接技术存在裂纹、气孔、成形力大和气密性差等不足,实现铝合金板材的高性能点连接,提出了搅拌摩擦铆焊塑性连接新工艺原理,通过理论分析和试验研究,针对不等厚铝合金板材论证了新工艺原理的可行性。首先研究了铝合金板材搅拌摩擦铆焊工艺过程中材料流动行为和温度场分布,重点讨论了转速和持续加热时间对温度变化的影响规律,然后通过控制铆焊热输入量进行了工艺参数优化,并开展了螺纹铆钉式搅拌摩擦铆焊试验研究,最后验证了连接样件横截面材料组织分区与温度场分布的一致性,确定了该工艺的塑性连接机理。结果表明:转速和持续加热时间是影响搅拌摩擦铆焊接头力学性能的关键因素;3mm和4mm厚6061-T6铝合金板材搅拌摩擦铆焊的最优转速范围为1 000～1 400r·min-1,持续加热时间为3～15s;上下板材之间形成冶金结合,塑化材料与螺纹铆钉之间形成机械结合。因此,铝合金板材搅拌摩擦铆焊塑性连接机理符合预期,该新工艺原理有效可行。