铝合金T型接头搅拌摩擦焊工艺研究

搅拌摩擦焊具有熔化焊接无法比拟的优点，因此铝合金搅拌摩擦焊引起国内外学者的广泛关注。本文主要介绍了搅拌摩擦焊的工作原理和接头性能影响因素．详细介绍了国内外铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织、接头力学性能和塑性流动机理以及搅拌摩擦焊焊接缺陷修补技术，指出了在塑型金属流动方面存在的不足，还需要进一步研究焊接接头质量的评定方法和搅拌摩擦焊接头缺陷的修补技术。

搅拌摩擦焊是一种由英国焊接研究所研发的固相新型焊接方式。低的焊接温度、小的热输入量、接头强度较高以及在搅拌摩擦焊接过程中金属材料不发生变化,这些优点使得搅拌摩擦焊比其他的传统熔化焊更易于推广。从搅拌摩擦焊在焊接过程中的搅拌头和焊接工艺方面出发,研究搅拌摩擦焊的成型规律。

搅拌摩擦焊具有熔化焊接无法比拟的优点,因此铝合金搅拌摩擦焊引起国内外学者的广泛关注。本文主要介绍了搅拌摩擦焊的工作原理和接头性能影响因素,详细介绍了国内外铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织、接头力学性能和塑性流动机理以及搅拌摩擦焊焊接缺陷修补技术,指出了在塑型金属流动方面存在的不足,还需要进一步研究焊接接头质量的评定方法和搅拌摩擦焊接头缺陷的修补技术。

国内对搅拌摩擦焊焊接参数(如进给速度、旋转速度)的研究比较多,但对工艺倾角的研究很少。本文采用搅拌摩擦焊方法对2519铝合金进行了焊接试验,结果表明,工艺倾角也是影响焊缝质量的关键性因素,工艺倾角在3°~5°区间时,呈现出较好的焊缝性能,小于3°或大小5°,焊缝性能较差。

介绍了搅拌摩擦焊的原理、研究现状及应用,并对该焊接方法的应用前景进行了展望。

采用热塑性塑料abs作为焊接材料,研究了搅拌摩擦焊工艺参数对其焊接接头力学性能的影响。结果表明,工艺参数与性能之间有明显的关联性,采用1300r/min转速、0.05mm下压量、20mm/min焊接速度,接头宏观表面成型良好,且焊接后板材整体基本无翘曲,可以实现有效连接。断面分析表明,在不同焊接参数下接头断裂方式不同,断面出现明显的分层现象。

中航工业北京赛福斯特技术有限公司（中国搅拌摩擦焊中心）是中国搅拌摩擦焊技术先锋和开拓者,秉持“航空报国、强军富民”的主体理念,已成功实现我国大型飞机机身结构、油箱、口盖、地板结构、新型战斗机舱体、机翼结构和雷达冷板等部件的搅拌摩擦焊接,大幅提升了我国武器装备的制造技术水平。

中航工业北京赛福斯特技术有限公司（中国搅拌摩擦焊中心）是中国搅拌摩擦焊技术先锋和开拓者,秉持“航空报国、强军富民”的主体理念,已成功实现我国大型飞机机身结构、油箱、口盖、地板结构、新型战斗机舱体、机翼结构和雷达冷板等部件的搅拌摩擦焊接,大幅提升了我国武器装备的制造技术水平。

通过搅拌摩擦焊接头硬度测试,确定了焊缝两侧软化区分布区域;在软化区埋设热电偶,进行搅拌摩擦焊接实验,检测不同测温点的热循环曲线。将焊后接头进行硬度测试,确定硬度最低点位置,对应测温孔分布位置,获得软化区硬度最低点热循环曲线。

中航工业北京赛福斯特技术有限公司（中国搅拌摩擦焊中心）是中国搅拌摩擦焊技术先锋和开拓者,秉持“航空报国、强军富民”的主体理念,已成功实现我国大型飞机机身结构、油箱、口盖、地板结构、新型战斗机舱体、机翼结构和雷达冷板等部件的搅拌摩擦焊接,大幅提升了我国武器装备的制造技术水平。

利用正交试验法研究了搅拌摩擦焊工艺参数对20mm厚的5a06-h112铝合金板接头组织和力学性能的影响。结果表明:焊接速度对接头抗拉强度影响最大,而搅拌头轴肩直径和旋转速度依次减小;采用最优组合参数焊接的试样其抗拉强度可达365mpa;由于搅拌摩擦焊焊缝中前进侧的熔合过渡区的界面变化急剧,因此断裂往往发生在该熔合过渡区;随着退火温度升高,焊核原本细小的等轴晶粒开始长大,并伴随着β(mg2al3)相从α(al)基体中析出,虽然焊核的晶粒变得粗大,但焊缝的抗拉强度降低的幅度较小。

采用伸缩式搅拌头对25mm板厚2219-t6铝合金进行搅拌摩擦焊,在多道补焊时避免搅拌头轴肩的二次下压量造成的底部焊穿。对25mm板厚2219-t6搅拌摩擦焊焊缝的微观组织、材料缺失型缺陷及弱连接型缺陷进行观察。结果表明:焊缝沿厚度方向分为轴肩影响区和搅拌针影响区,焊接参数的变化与这两区域中缺陷的产生存在一定关系,焊缝中的材料缺失型缺陷遵循一定的体积守恒关系。利用伸缩式搅拌头制备不同尺寸的焊缝根部未焊透缺陷,发现未焊透的深度与焊缝抗拉强度呈非线性关系。在统一的焊接参数规范下,调整搅拌针伸出长度进行多道焊,研究多道补焊工艺对焊缝组织性能的影响。

利用自行研制的搅拌摩擦焊机采用一种搅拌摩擦焊外侧角接的新方法对厚度为22mm的2519铝合金进行了角接焊接试验,并对焊缝的微观组织、硬度等进行了分析.分析了搅拌针断裂原因及得出其断裂方式为剪切断裂.结果表明,搅拌摩擦焊外侧角接焊接的方法能够有效地进行角接焊接;合理的焊接工艺和搅拌针形状是焊接的关键;旋转频率在30～40rad/s,焊接速度在90～120mm/min的范围内都可以获得良好的接头外观.

采用搅拌摩擦焊方法对厚度为1.8mm2024-t4铝合金薄板进行焊接实验,通过高压水冷装置来控制由残余应力产生的失稳翘曲变形,并对焊缝的微观组织与力学性能进行了分析。结果表明:用搅拌摩擦焊方法焊接1.8mm厚的2024-t4铝合金薄板可得到外表成形美观、内部无缺陷的平板对接接头。在冷却水压为0.4mpa、搅拌针旋转速度为2100r/min、焊接速度为120mm/min时,搅拌摩擦焊的焊接接头强度可达到377.9mpa,达到母材强度的80.39%。

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(frictionstirwelding.简称fsw)是一种利用高速旋转的搅拌头与工件磨擦产生的热量使被焊材料局部塑化的新型固相连接工艺。它可以对多种熔化焊接性差的有色金属等材料进行可靠的连接,而且连接工艺简单,有较好的工艺适应性。本文在总结搅拌摩擦焊研究成果的基础上,论述了搅拌摩擦焊的基本原理和特点,阐述了近年来国内外搅拌摩擦焊工艺参数、接头微观组织、焊接成形机理等方面的研究现状,并展望fsw的应用前景。

为了保证轨道车辆在其制造阶段中,铝合金材质侧墙结构搅拌摩擦焊接操作中所使用的工装能在利用率、操控质量、焊接便捷性等方面有所提升,目前出现了柔性类型的工装结构,并通过这一结构的使用大大的强化了焊接操作中工装的各方面性能.本文就轨道车辆在其制造阶段中铝合金材质侧墙结构搅拌摩擦焊接操作中所使用的柔性工装进行了分析.

根据已研制的三维数控焊搅拌摩擦焊机结构,研究了搅拌头长度补偿模型,给出了搅拌头长度补偿计算公式及坐标转换关系。

选用yg8硬质合金作为摩擦头材料进行低碳钢的搅拌摩擦焊试验。采用游标卡尺测量工具、x射线衍射仪和能谱仪等分析摩擦头在焊接过程中的主要失效形式。结果表明,yg8硬质合金摩擦头在低碳钢的搅拌摩擦焊过程中的主要失效形式为机械磨损、氧化剥落、搅拌针脆性断裂和轴肩变形失效等。引起失效的主要原因是摩擦头长时间的高温高压摩擦,导致粘结相co分布不均匀或部分扩散流失,严重破坏了硬质合金的骨架模型;失效后摩擦头组织中出现了游离碳和硬脆相co6w6c,减弱粘结相co对基体相碳化钨的固溶强化作用,最终导致摩擦头的硬度、强度和耐磨性等下降。

将一块厚4mm的lf5铝板与两块厚2mm的6063铝板组成异种铝合金对搭接复合接头,进行搅拌摩擦焊工艺试验并优化焊接参数,获得优质焊缝。重点研究搅拌头转速、搅拌针偏移量对复合接头抗拉强度的影响,并对焊缝表面及横截面宏观形貌、焊缝"洋葱环"组织形貌、焊缝缺陷等进行观察。分析在搅拌针选取不同偏移量的条件下,双层板一侧的搭接界面迁移行为的变化,及其影响焊缝抗拉强度的原因。在优化后的搅拌摩擦焊工艺参数下,实验获得的复合接头最高强度系数可达到6063铝合金母材的72%。

对t2紫铜的搅拌摩擦焊技术进行了实验研究,对其基本工艺、接头组织和性能等进行了初步分析。实验结果表明,用搅拌摩擦焊方法焊接6mm厚的t2紫铜板,当焊接规范合适时,可得到成形美观、内部无缺陷、几乎不变形的平板对接接头;搅拌摩擦焊接头的抗拉强度可达母材的90%;搅拌摩擦焊接头的电阻率与母材基本相同。

采用激光-电阻复合焊接方法进行铝合金t型接头焊接工艺试验,对激光-电阻复合焊接过程中的主要焊接工艺参数:滚轮电极形状、电流大小和激光功率对焊缝成形及接头性能的影响进行分析,并优化工艺参数以获得良好的焊缝成形和优质焊接接头。试验结果表明:采用弧形端面滚轮电极,在合适的电流和激光功率参数条件下,激光-电阻复合焊接t型接头不仅可以降低接头搭接面的间隙,而且改善焊缝成形,增加搭接面的焊缝宽度,使t型接头的拉伸剪切载荷与单独激光焊接相比得到显著提高。激光-电阻复合焊接有效改善了激光焊接存在的一些不足,拓展了激光焊接的工业应用范围。