鋁合金攪拌摩擦焊接頭軟化區(qū)溫度檢測

采用圓柱形、螺柱形、正圓錐形、倒圓錐形等形狀的攪拌頭對厚10mm聚氯乙烯板進行了攪拌摩擦焊試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當攪拌頭轉(zhuǎn)速ω=1660r/min,焊接速度v=25mm/min時,采用正圓錐形的攪拌頭可得到焊合良好、成形飽滿的焊縫;采用圓柱形的攪拌頭,也能得到焊合良好、表面光滑、成形美觀的焊縫;采用倒圓錐形和螺柱形攪拌頭焊接的接頭焊合不良,質(zhì)量較差。焊接時的測溫結(jié)果表明,硬pvc塑料最佳的攪拌摩擦焊溫度范圍應(yīng)為180～190℃,高于200℃會出現(xiàn)燒焦現(xiàn)象,低于170℃則會焊合不良或不能焊合。

采用4種規(guī)格的攪拌頭進行了2a70-t6鋁合金t型接頭攪拌摩擦焊試驗,并對焊縫橫截面進行了觀察以及焊縫抗拉強度的測試。結(jié)果表明:焊縫中前進側(cè)熔合過渡區(qū)的金屬變形比返回側(cè)劇烈,焊縫斷裂往往發(fā)生在前進側(cè);在相同的焊接參數(shù)下,單道焊縫的焊核寬度與抗拉強度隨著攪拌針直徑的增大而增大,但增大的幅度較小,并列焊的焊縫抗拉強度僅為單道焊縫的93%左右;為了獲取相同寬度的焊核,采用加粗攪拌針單道焊比并列焊更具有優(yōu)勢。

t2純銅大載荷超低速攪拌摩擦焊接頭強韌化機理 許楠，梁慶津，周璐，包曄峰 (河海大學(xué)機電工程學(xué)院，常州213022) 摘要：采用大載荷超低速攪拌摩擦焊工藝對2mm厚的t2純銅進行焊接，利用光學(xué)顯微鏡、掃描/透射電子顯微 鏡、電子背散射衍射、硬度測試以及靜拉伸試驗對焊接接頭的微觀組織和力學(xué)性能進行研究.結(jié)果表明，焊接熱循 環(huán)得到顯著改善，有效抑制了由焊后余熱帶來的退火軟化作用，徹底消除熱影響區(qū).攪拌區(qū)由含有大量孿晶組織的 超細晶構(gòu)成，攪拌區(qū)抗拉強度和斷后伸長率分別較母材提高了94%和69%.文中提供了一種簡單有效的方法，可 同時提高純銅攪拌摩擦焊攪拌區(qū)的強度和韌性. 關(guān)鍵詞：純銅；攪拌摩擦焊；再結(jié)晶；微觀組織；力學(xué)性能 中圖分類號：tg457.1文獻標識碼：adoi：10.12073/j.

攪拌摩擦焊及氬弧焊接頭的組織形貌——對1060鋁合金進行了攪拌摩擦焊和氬孤焊，對比分析了2種工藝方法對鋁合金焊接接頭組織演變行為的影響，結(jié)果表明：雙面氬弧焊接頭組織表現(xiàn)出明顯的鑄態(tài)組織，并且靠近熔池的柱狀晶沿母材向?qū)又行木€顯著增大，所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)...

用攪拌摩擦焊焊接了4mm厚的q235低碳鋼板和t2紫銅板,得到了內(nèi)部無缺陷、外觀成形良好、無變形的對接接頭。研究表明,低碳鋼紫銅接頭的顯微組織與其所受到的熱和力作用大小有關(guān)。在接頭鋼側(cè),軸肩擠壓區(qū)有較大的變形,組織發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶后形成了細小的等軸晶鐵素體;在探針附近的熱影響區(qū),經(jīng)歷的應(yīng)變較小,組織則由變形的先共析鐵素體和側(cè)板條鐵素體組成。在接頭銅側(cè)熱影響區(qū)的晶粒受熱長大,而熱力影響區(qū)的銅由于發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶,晶粒細小。在焊核區(qū),上部主要由鋼、銅薄層交疊組成;焊核中下部為鋼、銅及鋼與銅形成的化合物交疊組成的漩渦狀條帶,其中銅條帶的組織為細小的等軸晶,鋼條帶的組織為細小的等軸晶或先共析鐵素體+側(cè)板條鐵素體組織。

采用攪拌摩擦焊方法對厚度為1.8mm2024-t4鋁合金薄板進行焊接實驗,通過高壓水冷裝置來控制由殘余應(yīng)力產(chǎn)生的失穩(wěn)翹曲變形,并對焊縫的微觀組織與力學(xué)性能進行了分析。結(jié)果表明:用攪拌摩擦焊方法焊接1.8mm厚的2024-t4鋁合金薄板可得到外表成形美觀、內(nèi)部無缺陷的平板對接接頭。在冷卻水壓為0.4mpa、攪拌針旋轉(zhuǎn)速度為2100r/min、焊接速度為120mm/min時,攪拌摩擦焊的焊接接頭強度可達到377.9mpa,達到母材強度的80.39%。

采用攪拌摩擦焊(fsw)技術(shù)對1mm厚6061-t6鋁合金薄板進行了對接.研究了焊接工藝參數(shù)的范圍,實驗測試了焊接接頭的強度、硬度和延伸率,利用金相顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡分析了接頭的微觀組織.結(jié)果表明:對于1mm厚度6061-t6鋁合金,fsw的最優(yōu)工藝參數(shù)為旋轉(zhuǎn)速度1800r.min-1,焊接速度1000mm.min-1;在此參數(shù)下,接頭的硬度值達到母材的80%左右,抗拉強度達到母材的103%,延伸率達到母材的54%;接頭的力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)相符.

根據(jù)線性摩擦焊振動系統(tǒng)的簡化模型,推導(dǎo)了焊接過程熱輸入數(shù)學(xué)模型,并通過熱過程分析,建立了線性摩擦焊三維熱分析有限元計算模型;利用有限元軟件ansys計算獲得了45鋼線性摩擦焊接頭溫度場的分布特征,并與用金相組織法測定的接頭溫度場進行比較,驗證了模擬結(jié)果。

研究了紫銅和黃銅攪拌摩擦焊接的可行性,對焊接接頭的金相組織進行了分析,并通過拉伸實驗、硬度分析、彎曲實驗,對接頭的性能進行了驗證。結(jié)果表明紫銅黃銅具有良好的攪拌摩擦焊接性能,可獲得與母材等強度的攪拌摩擦焊接接頭。焊合區(qū)在熱力偶合作用下獲得動態(tài)再結(jié)晶組織,接頭黃銅一側(cè)熱影響區(qū)沿厚度方向上下不同,下側(cè)可分為再結(jié)晶區(qū)、不完全再結(jié)晶區(qū)、動態(tài)回復(fù)區(qū);上側(cè)出現(xiàn)明顯的偏析現(xiàn)象;接頭紫銅一側(cè)熱影響區(qū)出現(xiàn)明顯的須狀組織,并有晶粒微溶的跡象。

本文對t2紫銅的攪拌摩擦焊工藝進行了試驗研究,對接頭組織和性能等進行了初步分析。試驗結(jié)果表明,當焊接規(guī)范合適時,用攪拌摩擦焊方法焊接6mm厚的t2紫銅板,可得到成形美觀、內(nèi)部無缺陷、幾乎不變形的平板對接接頭。接頭的力學(xué)性能試驗表明,攪拌摩擦焊接頭的抗拉強度可達母材的90%;電學(xué)性能試驗表明,攪拌摩擦焊接頭的電阻率與母材基本相當。

鋁合金平板攪拌摩擦焊接應(yīng)力變形分析

針對6056-t6鋁合金平板進行攪拌摩擦焊接和試板變形檢測試驗。并用數(shù)值方法對試板變形進行模擬,考察了模擬溫度、應(yīng)力場分布和試板變形情況,對試驗和模擬溫度、變形進行比較。結(jié)果表明,在文中條件下,沿焊縫長度方向試板產(chǎn)生下?lián)?最大變形量6.3mm;沿試板寬度方向試板相對發(fā)生上拱,最大變形量4.5mm,模擬與實測變形趨勢非常吻合?？v向殘余應(yīng)力在焊縫中心線兩側(cè)非對稱性分布,前進側(cè)大于回轉(zhuǎn)側(cè)。

大尺寸6056鋁合金薄板經(jīng)過攪拌摩擦焊接實驗后出現(xiàn)了嚴重的面外變形,雖然變形程度小于熔化焊結(jié)果,但已經(jīng)影響到被焊薄板的裝配和使用.為詳細研究和預(yù)測鋁合金薄板在攪拌摩擦焊后的殘余變形,以焊接實驗條件為基礎(chǔ),建立了攪拌摩擦焊接三維有限元熱力耦合分析模型.模型中涉及了利用攪拌頭工作轉(zhuǎn)矩計算熱輸入量、工件和卡具之間的接觸熱傳導(dǎo)、隨溫度變化的材料模型,以及綜合考慮攪拌頭機械作用等工作.利用該模型可以得到不對稱的縱向殘余應(yīng)力結(jié)果,殘余變形的趨勢在整塊板上都與實驗結(jié)果相同,而且變形量和實驗測量值之間的誤差在20%以內(nèi).

研究了等徑彎曲通道變形az31鎂合金的攪拌摩擦焊工藝,對焊縫的成形特點和力學(xué)性能進行了分析。試驗結(jié)果表明,對厚為15mm的等徑彎曲通道變形az31鎂合金板,工藝參數(shù)對焊縫成型有很大的影響,成型性能對焊接速度的敏感程度較鋁合金板要大,當焊接速度為37.5mm/min和攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度為750r/min時,可以獲得較好的焊接質(zhì)量。

采用攪拌摩擦焊接方法對厚度為25mm的t2紫銅厚板進行了單道對接焊試驗,并對焊縫的微觀組織、力學(xué)性能、導(dǎo)電特性及焊縫能譜進行了分析.結(jié)果表明,用攪拌摩擦焊方法焊接25mm厚的t2紫銅板,可得到成形美觀、內(nèi)部無缺陷的平板對接接頭.在旋轉(zhuǎn)速度為960r/min、焊接速度為70mm/min時,攪拌摩擦焊的焊接接頭的抗拉強度可達到186.6mpa,攪拌摩擦焊接頭的電阻率與母材基本相當.

中航工業(yè)北京賽福斯特技術(shù)有限公司（中國攪拌摩擦焊中心）是中國攪拌摩擦焊技術(shù)先鋒和開拓者,秉持“航空報國、強軍富民”的主體理念,已成功實現(xiàn)我國大型飛機機身結(jié)構(gòu)、油箱、口蓋、地板結(jié)構(gòu)、新型戰(zhàn)斗機艙體、機翼結(jié)構(gòu)和雷達冷板等部件的攪拌摩擦焊接,大幅提升了我國武器裝備的制造技術(shù)水平。

攪拌摩擦焊具有熔化焊接無法比擬的優(yōu)點，因此鋁合金攪拌摩擦焊引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文主要介紹了攪拌摩擦焊的工作原理和接頭性能影響因素．詳細介紹了國內(nèi)外鋁合金攪拌摩擦焊接頭微觀組織、接頭力學(xué)性能和塑性流動機理以及攪拌摩擦焊焊接缺陷修補技術(shù)，指出了在塑型金屬流動方面存在的不足，還需要進一步研究焊接接頭質(zhì)量的評定方法和攪拌摩擦焊接頭缺陷的修補技術(shù)。

fsw傳熱過程直接決定工件所經(jīng)歷的熱循環(huán),進而影響焊接接頭的微觀組織和力學(xué)性能。同時溫度場的分析對于預(yù)測接頭殘余應(yīng)力和變形,以及焊縫區(qū)硬度都具有重要意義。本文在工藝研究基礎(chǔ)上,分析了fsw的產(chǎn)熱過程;根據(jù)攪拌頭形狀與尺寸,建立了fsw三維傳熱有限元模型。使用ansys有限元分析軟件,結(jié)合有限幾個測量點溫度變化的實驗數(shù)據(jù),對6mm厚度紫銅板fsw焊接過程的溫度場進行了有限元分析和計算,獲得了該焊接過程的溫度場分布與變化規(guī)律。計算過程中考慮了工件下表面與支撐板接觸熱傳導(dǎo)對溫度場的影響,以及溫度對紫銅材料熱傳導(dǎo)系數(shù)的影響,有限元計算結(jié)果與實驗測量結(jié)果接近。

攪拌摩擦焊是一種依靠攪拌頭與被焊金屬之間的摩擦來實現(xiàn)焊接的焊接方法,二者之間的摩擦系數(shù)直接影響到最終的焊接效果。本試驗對ly12鋁合金摩擦系數(shù)隨溫度等因素的變化情況進行了研究,試驗結(jié)果表明:由于溫度對鋁合金的表面狀態(tài)的影響非常大,所以鋁合金的摩擦系數(shù)在高溫下的變化也很大。通過試驗數(shù)據(jù)建立了ly12鋁合金與高速鋼的摩擦系數(shù)與溫度之間的關(guān)系曲線,發(fā)現(xiàn)二者之間的摩擦系數(shù)隨溫度的增加先增大,達到金屬的熔點下限后開始減小。并且對ly12鋁合金攪拌摩擦焊焊接過程中的摩擦行為進行了分析。

鋁合金焊接接頭的軟化問題是鋁合金在焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的一大難題,故就鋁合金焊接接頭的軟化問題及其產(chǎn)生原因做了簡要分析,提出了一種采用深冷處理工藝來強化鋁合金焊接接頭的新方法。

將一塊厚4mm的lf5鋁板與兩塊厚2mm的6063鋁板組成異種鋁合金對搭接復(fù)合接頭,進行攪拌摩擦焊工藝試驗并優(yōu)化焊接參數(shù),獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。重點研究攪拌頭轉(zhuǎn)速、攪拌針偏移量對復(fù)合接頭抗拉強度的影響,并對焊縫表面及橫截面宏觀形貌、焊縫"洋蔥環(huán)"組織形貌、焊縫缺陷等進行觀察。分析在攪拌針選取不同偏移量的條件下,雙層板一側(cè)的搭接界面遷移行為的變化,及其影響焊縫抗拉強度的原因。在優(yōu)化后的攪拌摩擦焊工藝參數(shù)下,實驗獲得的復(fù)合接頭最高強度系數(shù)可達到6063鋁合金母材的72%。

采用金相顯微鏡、掃描電鏡、硬度計等測量方法,觀察分析了鋁鋰合金釬焊前后母材和釬焊接頭的顯微組織變化,通過分析測試釬焊接頭的顯微硬度和斷口微區(qū)的化學(xué)成分,研究分析了釬焊接頭強度的變化規(guī)律。結(jié)果表明,焊后母材中的強化相由質(zhì)點轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍡l狀;氮氣保護條件下,釬焊接頭未見氣孔、夾雜、裂紋等缺陷,釬焊接頭存在一定的擴散區(qū),從而有效地提高了釬焊接頭的強度;無氮氣保護的條件下,釬焊接頭有大量的缺陷存在,這些缺陷的存在嚴重影響了釬焊接頭的強度。