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...     

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.     

下扎深度对回填式搅拌摩擦点焊接头断裂行为的影响

为研究焊接工艺参数对回填式搅拌摩擦点焊(RFSSW)接头断裂行为的影响,以铝合金为例,通过改变焊接过程中套筒的下扎深度对上下板厚度不同的LY12铝合金进行RFSSW试验,从材料流动、原子扩散及接头软化等方面对其接头的断裂机理进行分析,并利用焊点的宏观形貌、显微组织和硬度进行验证。试验及分析结果表明:在RFSSW过程中,当套筒未扎透上板、hook缺陷较平且韧带在整个焊点厚度基本相同时,裂纹主要沿连接强度较弱的搭接面扩展,形成剪切断裂模式;当套筒下扎至下板厚度的15%、hook缺陷向上弯曲且套筒回抽路径产生裂纹缺陷时,裂纹更倾向于沿着原子扩散时间较短的套筒回抽路径扩展,形成剪切塞型断裂模式;随着套筒进一步下扎至下板厚的35%且hook缺陷向下弯曲,裂纹更容易沿着下板中的套筒回抽路径向下扩展;当裂纹扩展到下板的下表面时,形成塞型断裂模式,断口形貌与断裂机理的分析结果相吻合。     

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.     

基于电阻焊技术的2024-T4铝合金搅拌摩擦点焊匙孔修复

搅拌摩擦（点）焊匙孔在一定程度上影响利用焊缝（点）的力学性能及抗腐蚀性能,因此,研究匙孔填补技术是搅拌摩擦焊领域的一个重要分支。本文以三项次级整流电阻点焊为填补设备,以1.5 mm厚的2024-T4铝合金搅拌摩擦点焊匙孔为填补对象,系统研究了基于电阻焊原理的匙孔填补技术。设计并自制了填补过程动态压力监测装置,并藉此深入分析了塞棒与匙孔间界面消除过程。采用光学显微镜、电子背散射衍射、电子扫描等分析手段,详细分析了填补后接头各区域的微观结构及组织、断口形貌、力学性能等。研究结果表明:采用电阻焊技术填补匙孔的过程可分为三个阶段,塞棒压入并排出空气阶段、塞棒稳定导电阶段及塞棒与匙孔壁冶金结合阶段。其中,塞棒与匙孔壁间的冶金结合形式分为熔化连接和扩散连接,前者发生在填补后接头中部区域,后者发生在上部和下部区域。基于本文实验材料,填补后接头拉剪载荷为7.43 kN,比填补前提高了36.3%.     

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。     

车身用铝薄板搅拌摩擦点焊接头的服役性能研究

结构中的焊点往往同时承受轴向和切向载荷的作用，而焊点的单向力学性能不能反映焊点的真实服役状态. 为此，对比了最优参数下的传统搅拌摩擦焊接（Conventional Friction Stir Spot Welding， CFSSW），无针搅拌摩擦焊接（Probeless Friction Stir Spot Welding， PFSSW）以及扫略搅拌摩擦焊接（Swept Friction Stir Spot Welding， SFSSW）接头的拉剪和剥离力学性能. 针对某小型全铝电动汽车，提出了焊点多工况服役性能的评价指标，并对3种焊点的服役性能进行了比较. 结果表明，最优参数下的SFSSW接头在车身侧围与顶横梁连接区域的服役性能相较于CFSSW和PFSSW分别提高了28.97%和48.86%. 在车身结构的前纵梁连接部分，3种焊点均表现出最高的焊点服役性能. 地板横梁与地板纵梁的连接部分表现出最低的焊点服役性能.由此可知，应适当增加焊点的数量以保证结构的安全性.     

430铁素体不锈钢电阻点焊工艺性能

采用机器人中频直流伺服焊枪点焊系统对1.2mm厚的AISI 430不锈钢薄板进行了点焊试验,研究了焊接电流对点焊接头力学性能、熔核直径、微观形貌、显微硬度以及拉剪断裂模式的影响规律.结果表明:随着焊接电流的增大,430不锈钢点焊接头抗剪强度增大,当电流达到10kA时,点焊出现飞溅现象,导致接头强度降低.接头熔核区由粗大的铁素体组成,带有少量的马氏体组织和碳化物沉淀.熔核区硬度高于母材区和热影响区,当熔核直径大于4.8mm时,接头主要发生纽扣断裂;当熔核直径小于4.8mm时,接头主要发生界面断裂,且一般为脆性断裂.     

超高强度钢电阻点焊拉剪接头断裂模式的模拟分析

以1.5mm热成形钢为例,建立超高强度钢点焊拉剪接头有限元模型,定义了热影响区几何尺寸及其材料属性,分析了熔核尺寸对点焊接头断裂模式的影响.结果表明:部分界面断裂模式在软化区发生并在焊核内沿板厚方向失效;而焊核剥离模式则在焊核外沿板厚方向失效;获得了不同断裂模式(界面断裂,部分界面断裂和焊核剥离断裂)下的临界熔核尺寸.为超高强度钢点焊拉剪接头断裂模式评价与预测提供了技术参考.     

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.     

下扎深度对AZ91镁合金回填式搅拌摩擦点焊接头组织和断裂行为的影响

We used refill friction stir spot welding (RFSSW) to join 2-mm-thick AZ91D-H24 magnesium alloy sheets, and we investigated in detail the effect of tool plunge depth on the microstructure and fracture behavior of the joints. A sound joint surface can be obtained using plunge depths of 2.0 and 2.5 mm. Plunge depth was found to significantly affect the height of the hook, with greater plunge depths corresponding to more severe upward bending of the hook, which compromised the tensile-shear properties of the joints. The hardness reached a minimum at the thermo-mechanically affected zone due to the precipitation phases of this zone as it dissolved into the α-matrix during the welding process. The fracture modes of RFSSW joints can be divided into three types: shear fracture, plug fracture, and shear–plug fracture. Of these, the joint with a shear–plug fracture exhibited the best tensile-shear load of 6400 N.     

Metallographic structure,mechanical properties,and process parameter optimization of 5A06 joints formed by ultrasonic-assisted refill friction stir spot welding

Novel hybrid refill friction stir spot welding (RFSSW) assisted with ultrasonic oscillation was introduced to 5A06 aluminum alloy joints. The metallographic structure and mechanical properties of 5A06 aluminum alloy RFSSW joints formed without ultrasonic assistance and with lateral and longitudinal ultrasonic assistance were compared, and the ultrasonic-assisted RFSSW process parameters were optimized. The results show that compared with lateral ultrasonic oscillation, longitudinal ultrasonic oscillation strengthens the horizontal bonding ligament in the joint and has a stronger effect on the joint's shear strength. By contrast, lateral ultrasonic oscillation strengthens the vertical bonding ligament and is more effective in increasing the joint's tensile strength. The maximum shear strength of ultrasonic-assisted RFSSW 5A06 aluminum alloy joints is as high as 8761 N, and the maximum tensile strength is 3679 N when the joints are formed at a tool rotating speed of 2000 r/min, a welding time of 3.5 s, a penetration depth of 0.2 mm, and an axial pressure of 11 kN.     

异种材料单搭接接头力学性能

为研究异种材料在不同连接方式下的失效特点并促进胶铆接头在工程中的应用普及,本文以碳纤维/铝合金单搭接接头为研究对象,对胶接、铆接和胶铆混合连接接头的静态拉伸力学性能开展了试验研究。研究中以胶粘剂材料和铆钉材料为研究变量,首先对单搭接胶接接头和铆接接头的拉伸力学行为进行讨论,并从中分别选择了两种胶粘剂和铆钉材料进行组合,重点研究了胶铆接头的交互作用,同时也对铆接方向对接头的影响进行了探讨。研究结果表明,从载荷-位移曲线上看,胶接接头呈现脆性的断裂特点,铆接接头呈现韧性的断裂特点,胶铆接头综合了胶接和铆接的断裂特点,且胶粘剂在其过程中先断裂失效。另外,铆接方向对铆接和胶铆接头的力学性能有重要影响;当铆钉从碳板侧插入时,其力学性能会优于铆钉从铝板侧插入制备的连接接头。本研究中,强胶弱铆组合制备的胶铆接头表现出最强的正交互作用,因此其材料的利用率最高。本研究为工程实际中复合材料与金属材料间的连接提供了设计依据和指导方法。     

不锈钢薄板激光点焊工艺对金相组织的影响分析

以厚度为0.5 mm的304不锈钢薄板作为研究对象,通过实验探讨了不同工艺下激光点焊的金相组织、力学性能.经过焊点金相微观组织的观察和焊点拉伸强度的试验,可得出结论:激光点焊焊接质量良好,很少出现气孔、飞溅、焊接裂纹、未熔透、未熔合等焊接缺陷,而且不同的激光功率密度或加热时间,对焊点的形貌、尺寸和金相组织有很大影响; 焊点处的耐腐蚀性强度比母材低,而且大部分焊点拉伸位移达到1.5 mm左右就会断裂,平均拉伸强度比母材低281.2 MPa,但平均屈服强度比母材高,满足不锈钢薄板作为换热器的需求.     

TC4钛合金薄板储能焊接头组织与性能

采用微型储能焊机对厚度为0．2mm的TC4钛合金薄板进行了快速连接,并研究了接头组织形貌及焊接参数对接头力学性能的影响。结果表明：储能焊能够实现TC4钛合金薄板的快速凝固焊接,焊接接头由熔核和熔核向母材过渡的熔合区（线）组成。极短的焊接时间和高的冷却速率,使得熔核凝固过程具有快速凝固特征,熔核中凝固组织得到显著细化。当焊接工艺参数为电压250V、电容6600妒、电极力20N时,接头剪切强度可达601MPa。     

CFRP-AA5052铝合金三层板自冲铆接性能研究

本文旨在研究碳纤维增强聚合物(CFRP)-AA5052铝合金三层板自冲铆接的可行性,评估板材搭接顺序对接头截面形状的影响,探究接头成形的机理;通过拉伸-剪切试验研究试样配置及承载形式对接头机械性能的影响。结果表明：板材搭接配置会影响接头内部材料的流动趋势,从而影响接头的成形质量,CFRP板作为中间层时接头可获得良好的机械内锁成形;CFRP板作为中间层并单独作为接头的一端承受拉剪载荷时,接头的失效位移达9.5mm,同时接头可获得较优的刚度和抗剪强度。     

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.     

微弧氧化处理提高AZ31B镁合金搅拌摩擦焊焊缝的耐蚀性

为提高镁合金焊接接头的耐蚀性,对6mm厚的AZ31B板材搅拌摩擦焊焊缝进行微弧氧化处理,并研究焊缝的微观组织、截面显微硬度及其微弧氧化前后的耐蚀性.结果表明:接头的微观组织明显分为3个区域:焊核区、热机械影响区及热影响区,并且接头整体硬度低于母材,焊接时焊核部位出现软化现象,导致其硬度最低.盐水浸泡实验和电化学测试表明,微弧氧化前焊缝的耐蚀性低于母材,经过微弧氧化处理后,焊缝表面形成一层致密光滑的陶瓷膜,极大提高其耐蚀性.并且,经同工艺微弧氧化处理后,焊缝表面微弧氧化膜要比母材的微弧氧化膜厚.     

不同铆接速度下板材搭接顺序对钢/铝异种金属铆接接头性能的影响

采用自冲铆接实现了钢/铝异种金属的有效连接。通过改变铆接速度，对比研究了钢上铝下和铝上钢下两种搭接顺序下的接头的成形性能、断裂力和断裂方式。研究结果显示，随着铆接速度的增大，接头头高和底切量不断减小，互锁值不断增大。钢上铝下搭接顺序下的接头的成形情况较为稳定，缺陷较少。钢上铝下搭接顺序下的拉剪接头的断裂力明显高于铝上钢下搭接顺序下的拉剪接头的，而铝上钢下搭接顺序下的十字拉伸接头的断裂力明显高于钢上铝下搭接顺序下的十字拉伸接头的。铆钉变形时受力方向的不同导致拉剪接头的断裂力明显高于十字拉伸接头的。铆接速度为250～325 mm/s时，可以实现两种搭接顺序下的接头成形性能和断裂力的良好匹配。