铜合金搅拌摩擦焊过程中搅拌头磨损机理

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。

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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。

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400~700r/min,焊接速度为35~60mm/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。

结合搅拌摩擦焊发展现状，本文主要对搅拌摩擦焊搅拌头领域专利进行统计分析，包括申请量、主要申请人、专利申请态势分布、进行统计分析，对搅拌摩擦焊用搅拌头的技术背景和应用领域的发展作了简单归纳介绍，提出专利分析可以作为一种技术路线分析的手段，指引后续创新方向。

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本文从钢搅拌摩擦焊搅拌头受力分析、失效形式、材料选择等方面对钢搅拌摩擦焊搅拌头研究进展进行介绍和分析，

t2纯铜大载荷超低速搅拌摩擦焊接头强韧化机理 许楠，梁庆津，周璐，包晔峰 (河海大学机电工程学院，常州213022) 摘要：采用大载荷超低速搅拌摩擦焊工艺对2mm厚的t2纯铜进行焊接，利用光学显微镜、扫描/透射电子显微 镜、电子背散射衍射、硬度测试以及静拉伸试验对焊接接头的微观组织和力学性能进行研究.结果表明，焊接热循 环得到显著改善，有效抑制了由焊后余热带来的退火软化作用，彻底消除热影响区.搅拌区由含有大量孪晶组织的 超细晶构成，搅拌区抗拉强度和断后伸长率分别较母材提高了94%和69%.文中提供了一种简单有效的方法，可 同时提高纯铜搅拌摩擦焊搅拌区的强度和韧性. 关键词：纯铜；搅拌摩擦焊；再结晶；微观组织；力学性能 中图分类号：tg457.1文献标识码：adoi：10.12073/j.

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。

搅拌摩擦焊是一种依靠搅拌头与被焊金属之间的摩擦来实现焊接的焊接方法,二者之间的摩擦系数直接影响到最终的焊接效果。本试验对ly12铝合金摩擦系数随温度等因素的变化情况进行了研究,试验结果表明:由于温度对铝合金的表面状态的影响非常大,所以铝合金的摩擦系数在高温下的变化也很大。通过试验数据建立了ly12铝合金与高速钢的摩擦系数与温度之间的关系曲线,发现二者之间的摩擦系数随温度的增加先增大,达到金属的熔点下限后开始减小。并且对ly12铝合金搅拌摩擦焊焊接过程中的摩擦行为进行了分析。

结合搅拌摩擦焊发展现状，本文主要对搅拌摩擦焊搅拌头领域专利进行统计分析，包括申请量、主要申请人、专利申请态势分布、进行统计分析，对搅拌摩擦焊用搅拌头的技术背景和应用领域的发展作了简单归纳介绍，提出专利分析可以作为一种技术路线分析的手段，指引后续创新方向。

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。

采用差示扫描量热法研究了2024-t35l铝合金搅拌摩擦焊接过程中时效相回溶或粗化的相对值,给出了一种定量研究搅拌摩擦焊接过程中时效相行为的方法。结果表明:相对于母材,焊缝不同区域时效相的回溶或粗化值可通过公式f=s_x/s_(bm)-1来计算;当搅拌摩擦焊搅拌头转速为700r·min~(-1),焊接速度为200mm·min~(-1)时,2024-t351铝合金焊缝轴肩作用区的s相对于母材的回溶值为23.3%,同时硬度相对于母材下降了23.8%;s相发生回溶或粗化主要取决于焊接热量的高低。

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。

热电偶测温和红外仪测温都是现代测温技术中的主要测温方法。但由于热电偶测温的滞后性和红外仪测温易受发射率影响的原因,测温的准确度难以提高。在基于搅拌摩擦焊接动态测温试验基础上,本文提出了一种根据热电偶测温原理对热电偶测温动态误差进行校正的方法,并通过红外仪测温对校正结果进行了检验,取得了较理想的结果,对提高测温准确度具有一定的意义。

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。

采用搅拌摩擦焊接方法对厚度为25mm的t2紫铜厚板进行了单道对接焊试验,并对焊缝的微观组织、力学性能、导电特性及焊缝能谱进行了分析.结果表明,用搅拌摩擦焊方法焊接25mm厚的t2紫铜板,可得到成形美观、内部无缺陷的平板对接接头.在旋转速度为960r/min、焊接速度为70mm/min时,搅拌摩擦焊的焊接接头的抗拉强度可达到186.6mpa,搅拌摩擦焊接头的电阻率与母材基本相当.

新型高性能飞机的研制在制造技术方面促进了搅拌摩擦焊技术在飞机制造中的应用和发展,适合于飞机不同材料和结构的特点使搅拌摩擦焊演绎出了多种不同的新型搅拌摩擦焊技术,如搅拌摩擦点焊技术、双轴肩搅拌摩擦焊技术和函数曲线搅拌摩擦焊技术等,这些技术已经在多种飞机结构中得到工程化应用。搅拌摩擦焊技术的日渐成熟和发展将逐渐汇入新型飞机制造的主旋律中。

文章主要讲述了搅拌摩擦焊的工作原理、特点以及发展现状;讲述了在工业纯铜、紫铜接头中使用这项技术的可行性,同时对这项技术在电机设备加工生产业中的发展前途做了初步的研究。

讨论了目前国际上飞机制造业对搅拌摩擦焊技术的特别关注和应用研究现状,分析了该项技术在飞机关键结构上的应用,目的是向中国航空制造企业提供较多的信息,帮助把握未来10年内飞机制造技术的发展方向和趋势