摩擦焊文献

惯性摩擦焊接头特性的研究现状/罗键,等.焊接. 2017(1):13-17.

利用飞轮储存的能量来进行零件连接的摩擦焊为惯性摩擦焊(IFW),IFW中飞轮取代了连续驱动装置,飞轮的使用使得整个过程在操作上更便捷。文中根据已有的研究对IFW接头的特性进行了总结概述,包括接头硬度、抗拉强度、冲击强度等各个方面。重点讨论了焊接过程中接头特性的影响因素,研究了摩擦压力、时间、顶锻压力等因素在接头焊接中所起的作用,对后续的焊接研究提供一定的参考。最后探讨了惯性摩擦焊目前存在的问题,并提出了未来的发展方向及研究重点。

6063铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头组织性能研究/赵运强,等.焊接, 2017(3):35-39.

进行了3 mm厚6063-T4铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接。结果表明,当搅拌头转速为600 r/min,焊速在100～300 mm/min的范围内,可获得表面成形美观、内部无缺陷的优质接头。在接头搅拌区内,上、中、下各层硬度分布较为均匀,在热机影响区及热影响区内,上、下层硬度值高于中间层。热机影响区靠近搅拌区的位置以及热机影响区与热影响区的交界处为接头的两个薄弱位置。随着焊接速度的增加,接头各区域硬度值以及抗拉强度有着先增大后减小的趋势,所得最优接头抗拉强度为174 MPa,达到母材的87%,断裂位置位于热影响区。

2205双相不锈钢摩擦焊接头显微组织及微区蠕变性能/杨峰,等.焊接, 2017(5): 34-37.

对2205不锈钢进行连续驱动摩擦焊接,通过光学显微镜观察接头显微组织,利用纳米压痕仪对接头组织中铁素体(δ相)和奥氏体(γ相)进行硬度测试及压痕蠕变行为分析。结果表明,摩擦焊接头由塑性变形区及焊合区构成,变形区内γ相与δ相相比,因塑性流动而硬化的现象更为显著,且具有更高的纳米硬度和弹性模量;基于保载过程中应变率和硬度对数关系,经线性拟合得到蠕变应力指数n,能够较好地反映δ相和γ相的蠕变特性,而且纳米硬度值越高,蠕变应力指数越小。

摩擦焊在航空领域的应用/周军,等.焊接, 2017(6): 1-5.

随着民用和军用飞机性能及使用要求不断提高,航空零部件需要满足结构轻量化、高可靠性、长寿命、经济性好等要求。焊接技术作为航空工业不可或缺的材料加工技术,在航空零部件的研制与生产中,发挥着举足轻重的作用。惯性摩擦焊、搅拌摩擦焊和线性摩擦焊作为典型的摩擦焊接工艺方法,凭借优良的技术优势,在航空发动机转子组件、飞机结构件、整体叶盘等航空零部件加工制造中得到成功应用。结果表明,随着摩擦焊接技术的进步与发展,摩擦焊接技术将有效促进航空飞机减重,进一步提高航空飞机性能。

实现装配焊接的双主轴摩擦焊机的研究/薛笑运,焊接, 2017(6): 57-60.

根据微型汽车传动轴轴管叉焊接总成的相位精度和长度精度要求,结合摩擦焊工艺特征,研究设计了一种双主轴相位摩擦焊机。该焊机可同时完成两道焊缝,实现了轴管叉焊接总成的装配焊接。通过小批量焊接试验和对焊件的综合考核,验证了所设计制造的双主轴相位摩擦焊机在实现轴管叉焊接总成装配焊接的精度和稳定性,既降低了成本又提高了效率。

聚合物及其复合材料搅拌摩擦焊/处理的研究现状/黄永宪,等.焊接, 2017(7): 32-37.

搅拌摩擦焊/处理(Friction Stir Welding/Processing,FSW/P)涉及温度、力学、冶金及其相互作用的高度复杂的固相连接和处理过程,已被广泛用于焊接铝合金、钛合金和其他熔焊难以焊接的金属。近年来,国内外学者提出FSW可实现聚合物及其复合材料的连接。综述了聚合物及其复合材料FSW国内外研究现状,主要涉及FSW焊缝成形、组织和性能、材料流动行为以及FSW/P新技术,并在此基础上提出了FSW/P基础研究和工程应用方向。

6061铝合金接头成形质量及性能与搅拌摩擦焊工艺参数关系的研究/朱海,等.焊接, 2017(7): 45-48.

针对3 mm厚6061铝合金板,进行搅拌摩擦焊工艺参数对接头成形质量与性能的方向研究。轴肩下压量主要影响接头成形,搅拌头转速和焊接速度主要影响接头质量,通过改变上述一次参数,观察并分析接头成形和抗拉强度的变化情况。结果表明,当轴肩下压量为0.2 mm时,焊缝表面成形好、缺陷少且抗拉强度高;搅拌头转速较高或焊接速度较低时,焊缝表面成形好、强度高且鱼鳞状纹路稳定、明显;当搅拌头转数为950 r/min、焊接速度为37.5 mm/min时,焊接接头成形好、抗拉强度最大,并且只有在搅拌头转速与焊接速度相匹配的条件下,才能获得高抗拉强度的焊接接头。

6005A-T6铝合金型材双轴肩搅拌摩擦焊接头组织及力学性能/侍光磊,等.焊接, 2017(8): 21-25.

采用双轴肩搅拌摩擦焊接方法对4.5 mm厚6005A-T6铝合金型材在较高焊接速度下进行了对接试验。结果表明,较高的焊接速度下仍可获得外观及性能优良的接头,但易出现隧道型缺陷及裂纹缺陷。在试验参数下,接头性能与WP(焊接速度与搅拌头旋转速度的比值)有密切关系:接头抗拉强度随着WP值的增大基本呈现先增大后减小的趋势,在搅拌头转速为1 400 r/min以及焊接速度为1 400 mm/min时获得强度较高的接头,其抗拉强度为231 MPa,是母材强度的77%。断口扫描结果显示,在试验参数下,接头断裂方式随着WP值的增大由塑性断裂逐渐变为包含沿晶断裂、韧性断裂、解理断裂的混合型断裂。

6061铝合金厚板搅拌摩擦焊接头组织与耐蚀性/赵丽敏,等.焊接, 2017(8):51-55.

采用搅拌摩擦焊对30 mm厚的6061铝合金进行了双面对接焊,分别采用金相显微镜、显微硬度仪和电化学工作站对焊接接头的组织、硬度和耐蚀性能进行观察、测量和研究。金相观察显示,双面搅拌摩擦焊焊缝前进侧与母材有明显的分界,后退侧分界模糊;焊核区呈均匀细小的等轴晶。硬度测试表明,搅拌摩擦焊接接头硬度呈“W”形特征分布,硬度最低值出现在前进侧热影响区。腐蚀试验表明,双面焊焊核重叠区腐蚀电流(2.396 3×10-5A/cm2)较大,一旦开始腐蚀,腐蚀速度很快,耐腐蚀能力相对较差。

FGH96/GH4169高温合金惯性摩擦焊热变形组织及行为分析/王彬,等.焊接, 2017(10): 47-50.

建立了FGH96/GH4169惯性摩擦焊接头组织形成过程的有限元模型,分析了焊缝热变形组织和飞边的形成模式。结果表明,摩擦热的作用使近摩擦面处母材形成塑性层,塑性层在轴向顶锻力作用下发生塑性流动,形成拉长组织并在摩擦面高温、高压及高应变速率作用下发生动态再结晶,拉长组织边界消失,再结晶晶粒呈无序等轴状。摩擦面金属沿径向流动,在边缘处挤出,其摩擦面延伸侧受拉应力作用,最终形成卷曲飞边并实现自清理作用。

复合热源铝钢耗材摩擦焊接头组织性能研究/王春桂,等.焊接, 2017(12):48-51.

采用耗材摩擦焊实现了2A12铝合金耗材对Q235低碳钢基板的堆焊。结果表明,基板预热可以改善接头界面质量,得到表面成形良好、内部无缺陷的焊接接头。在热-机作用下堆焊层金属发生了动态再结晶,晶粒得到细化,结合面钢侧晶粒随耗材发生了扭转;Fe元素与Al元素发生了扩散,且在预热状态下其扩散范围大于未预热状态。堆焊层硬度低于耗材硬度,且堆焊层预热条件下硬度小于未预热状态,耗材处硬度分布为母材大于摩擦碾压区大于热影响区。

铝/钢异质金属搅拌摩擦焊技术研究进展/万龙,等.焊接, 2018(1):12-19, 24.

铝/钢异质金属复合结构具有轻质节能、降低成本、可以满足不同的工作条件等特点,在航空航天、船舶制造等领域的应用日益受到重视。由于铝和钢的物理化学性质存在巨大差异,铝和钢的连接成为焊接领域的难点问题。搅拌摩擦焊作为一种固相连接方法,具有热输入低、高温停留时间短、焊接变形小等特点,对克服铝/钢异质金属性能差异带来的焊接困难具有优势,已成为铝/钢异质金属焊接的研究热点。综述了铝/钢异质金属搅拌摩擦焊国内外研究现状,主要涉及搅拌头材料选择与结构设计、焊缝成形、焊接工艺窗口、力学性能、接头冶金结合、连接机制以及外源辅助搅拌摩擦焊新技术,可以为铝/钢异质金属结构的轻量化设计提供新思路,最后对其发展趋势进行了展望。

超声探伤技术在摩擦焊接领域的应用/乌彦全,等.焊接, 2018(2):14-18.

摩擦焊作为一种先进的固相连接方法,因其优异的焊接性能引起了人们的广泛关注,近年来航空航天等高新技术与装备的发展促进了这种焊接方法的不断进步。针对近年来国内外超声无损检测技术在摩擦焊领域中的研究应用作了详细分析阐述,并对未来摩擦焊领域中无损检测方法的应用进行了展望。

搅拌摩擦焊在运载火箭贮箱制造中的应用与发展/宋建岭,等.焊接, 2018(5):21-27.

搅拌摩擦焊作为一种新兴的固相连接技术,其焊接接头质量高、焊接产品变形小,一经问世即受到各行各业特别是航天工业的青睐。美国、日本及欧洲各国均对搅拌摩擦焊技术进行了大量深入的研究,并广泛应用到运载火箭燃料贮箱的焊接生产中,实现了运载火箭贮箱全搅拌摩擦焊接的工程化应用。中国对搅拌摩擦焊技术的研究起步相对较晚但发展迅速,近几年里在工程化应用上取得了较大的成就,目前在中国运载火箭燃料贮箱焊接中已得到成功的应用。随着对搅拌摩擦焊技术机理及工程化研究的不断深入,搅拌摩擦焊技术正向着设备智能化、工艺集成化和生产高效化的方向发展。

7050-T7451铝合金静轴肩搅拌摩擦焊接头组织与性能研究/张华,等.焊接,2018(9):5-9.

采用SSFSW技术成功实现了7050-T7451高强铝合金的焊接。对该接头的外观形貌、显微组织、硬度分布及力学性能分别进行了试验研究。结果表明,与常规FSW相比,SSFSW的接头成形美观,表面光滑,焊缝无减薄现象;焊缝组织结构也有明显的不同,热影响区范围明显窄小,前进侧TMAZ只有60 μm;接头硬度呈典型的“W”形分布,最低硬度出现在靠近焊核的热影响区附近,显微硬度为128 HV;接头的抗拉强度为487 MPa,达到了母材的91%,力学性能良好。断裂发生在热影响区,为微孔聚集型断裂。

转速对FGH96/GH4169高温合金惯性摩擦焊接头组织与力学性能的影响/王彬,等.焊接,2018(9):57-60.

应用惯性摩擦焊机完成了FGH96/GH4169高温合金焊接,采用光学显微镜、扫描电镜以及拉伸试验机等设备观察并测试了焊接接头的微观组织形貌、显微硬度及拉伸性能。结果表明接头存在FGH96侧母材、热力影响区、焊缝区、GH4169侧热力影响区及母材五个区域,焊缝区组织为细小的等轴晶粒,晶粒尺寸远小于母材,热力影响区则发生了拉伸变形。接头近界面处最高温度达到1 100 ℃以上,超过γ’等强化相的固溶温度。焊后热力影响区处强化相部分重溶,在界面细晶区强化相几乎完全重溶。随着转速增大,焊缝区晶粒增大,典型原子的扩散距离增加,接头室温抗拉强度和高温抗拉强度值升高。

钛和钢等高强度合金搅拌摩擦焊搅拌头用材的研究进展/孔见,等.焊接, 2018(10):9-19.

搅拌摩擦焊技术克服了传统焊接技术的弱点,在铝镁等软质材料的焊接上应用十分广泛。但是受到搅拌头用材的制约,搅拌摩擦焊在钛、钢等焊接难度较大的高强度合金上的应用仍很局限。因此选择一种合适的材料,开发既廉价又安全可靠的搅拌头成为各国研究者研究的重点。文中将对国内外不同工况下高强度合金搅拌摩擦焊时搅拌头用材进行阐述,说明了不同材质的搅拌头焊接钛、钢的焊接效果、搅拌头焊接时的磨损和失效情况,并对比分析了各搅拌头材料的性能及优缺点,同时对高强度合金搅拌摩擦用材的发展做出了展望。

45钢钻杆惯性摩擦焊接头组织与性能研究/迟露鑫, 等.焊接, 2018(11): 15-18.

通过探究45钢钻杆惯性摩擦焊接工艺,揭示热处理工艺对接头组织性能的影响。结果表明,在摩擦时间为18 s,摩擦压力为3 MPa,顶锻压力为7 MPa时,获得焊合良好、无缺陷的接头;焊接接头以先共析铁素体和珠光体为主,母材为沿晶界块状铁素体和珠光体组成,断口以准解理脆性断裂为主;热处理后,焊缝与母材组织细小,状态一致,断口以韧窝型为主,伴有少量解理断裂特征,综合力学性能提高。

轻质异种材料摩擦焊研究现状/梁武,等.焊接. 2018(11): 19-25.

由于异种材料物理、化学性能及力学性能方面存在显著差异,导致其在焊接过程中容易出现被氧化、形成脆性金属间化合物、焊接变形严重等焊接缺陷。而摩擦焊作为一种绿色固相连接技术,因其焊接温度低、焊接质量好、焊接过程稳定等优点,已经在异种材料焊接中得到了广泛的应用。详细综述了异种材料搅拌摩擦焊、线性摩擦焊轴向摩擦焊的国内外研究进展,涉及到焊接工艺、力学性能和成分分析等方面,着重介绍了铝合金、镁合金、钛合金等轻质材料之间的摩擦焊接,并对今后的发展进行了展望。

2195铝锂合金搅拌摩擦焊工艺/宋建岭,等.焊接. 2019(1):31-35.

试验研究了8 mm厚2195-T8铝锂合金板材搅拌摩擦焊工艺,分析了不同搅拌针结构设计对焊缝内部质量的影响,研究了工艺参数对接头表面成形的影响,测试了接头的力学性能。结果表明,使用圆锥螺纹+三个斜面结构的搅拌针焊接,接头内部质量更好;在室温和低温(-196 ℃)条件下,接头抗拉强度和断后伸长率都呈现出随焊接速度的增加先增加后减少的趋势,当焊接速度为100 mm/min时,室温和低温(-196 ℃)下接头抗拉强度、断后伸长率都达到最高值,接头抗拉强度分别为428 MPa,538 MPa,断后伸长率分别为4.9%,7.4%;接头断裂位置位于热影响区,断口呈45°剪切断裂,断裂部位有明显颈缩。

ZK60镁合金自持式搅拌摩擦焊工艺/侯军才,等.焊接, 2019(1): 45-49.

采用直径为16 mm且表面刻有逆时针旋转的螺旋槽的轴肩,直径为6 mm的圆柱形光面搅拌针且沿长度方向加工三个对称平台的自持式搅拌摩擦焊搅拌头,成功进行了3 mm厚ZK60镁合金薄板自持式搅拌摩擦焊,研究了焊接参数对接头表面成形、缺陷的形成及力学性能的影响。研究结果表明,搅拌头旋转速度为600 r/min不变,焊接速度较低时,接头上、下表面产生沟槽缺陷,增大焊接速度获得表面无缺陷的接头,过分增加焊接速度,在前进侧和后退侧分别形成线状缺陷和孔洞缺陷,接头的力学性能随焊接速度的增大线增大后减小;采用焊接速度为400 mm/min不变,采用较低的搅拌头旋转速度时,接头表面鱼鳞纹均匀、成形美观、接头表面和内部均无缺陷,旋转速度过分增大,鱼鳞纹粗糙,在前进侧和后退侧接头内部分别产生线状缺陷和孔洞缺陷,接头力学性能随搅拌头旋转速度增大而减小。接头最大的抗拉强度为270 MPa,断后伸长率为8.92%,接头强度系数达到87%。

热输入对6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头成形及力学性能的影响/付宁宁,等.焊接, 2019(2): 40-44.

研究了热输入对6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头成形及力学性能的影响,结果表明:塑性金属总量和挤压模的大小决定了焊缝形貌,热输入特征值WP≤1时,塑性金属总量起主要作用,焊缝呈“哑铃形”,随着热输入的降低,焊缝前进侧与母材的界面逐渐变平,在前进侧产生隧道缺陷,接头抗拉强度先增加后减小;WP>1时,挤压模大小起主要作用,随着热输入的降低,焊缝前进侧与母材的界面保持平直,不产生隧道缺陷,接头抗拉强度呈增加的趋势;“S”线产生于塑性金属流动交汇处,热输入通过影响塑性金属流动,从而影响“S”线的形貌,“S”线的存在不影响接头的拉伸性能。接头显微硬度呈“W”形,这与接头各区域组织及强化相有关。

铝合金T形接头搅拌摩擦焊研究进展/杨海峰,等.焊接, 2019(3): 12-17.

铝合金广泛应用于航空航天、汽车、船舶以及化学工业等领域中,T形接头作为铝合金薄板结构组装中的重要连接形式,对其焊接质量的要求也逐渐提高。采用传统熔焊的方式焊接铝合金T形接头时会导致应力集中、焊后残余变形大、多孔性等一系列问题。传统的搅拌摩擦焊具有产热少、焊前不用开坡口、焊后残余变形小等优势,很好的解决了这一技术难点。但是,传统的搅拌摩擦焊在焊后会产生大量的飞边以及弧纹缺陷。静止轴肩搅拌摩擦焊技术作为一种新型的搅拌摩擦焊技术,在铝合金T形接头焊接中具有很大的优势。文中综述了铝合金T形接头焊接特点、传统搅拌摩擦焊以及静止轴肩搅拌摩擦焊在T形接头中的研究进展,并对搅拌摩擦焊技术在T形接头的应用前景进行了展望。

7075铝合金搅拌摩擦焊接头在拉伸过程中的裂纹扩展行为/姜月,等.焊接,2019(3): 28-32.

对厚度为6 mm的7075铝合金进行搅拌摩擦焊(FSW)平板对接试验,利用MTS微控电子万能试验机对接头进行不同应变率下平板拉伸试验。分别使用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对接头断裂路径两侧的微观组织和断口形貌进行观察。在此基础上,使用透射电镜(TEM)对接头起裂源处的沉淀相形貌进行观察,研究应变率对接头断裂行为的影响。研究结果表明,随着应变率的增加,接头屈服强度与屈强比略有增大,不同应变率下的微裂纹均形核于接头底部母材(BM)与热影响区(HAZ)交界处。相比于椭圆状AlCuMg沉淀相和胶囊状Al2CuMg沉淀相,接头中棒状MgZn2沉淀相对微裂纹形核起关键作用。应变率较低时,裂纹在扩展过程中发生偏转;随着应变率的增加,接头裂纹走向平直,接头塑性降低,与加载方向的裂纹扩展角减小,断裂方式由以韧窝聚合型断裂为主转变为以剪切断裂为主。

2195-T8铝锂合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能/王雷,等.焊接, 2019(3): 24-27.

对8 mm厚度2195铝锂合金进行了搅拌摩擦焊平板对接焊试验,利用光学显微镜和扫描电镜观察分析了焊接接头的显微组织和断口形貌特征,并对接头常温、低温拉伸性能和显微硬度进行了测试。结果表明,接头整体上宽下窄,呈V字形,由焊核区、热力影响区、热影响区和轴肩影响区组成;-196 ℃条件下,接头抗拉强度及断后伸长率分别达到母材的71.8%,53.8%;焊件的硬度分布形貌均呈W状,其中焊核区微观硬度最高,热影响区微观硬度最低;接头断裂位置均位于热影响区附近,断裂特征属于典型的韧性断裂。

国内搅拌摩擦焊技术在输变电领域的应用现状及发展前景/乔亚霞,等.焊接, 2019(4): 34-38.

介绍了电力系统输变电领域常用的铝合金材料及其焊接结构件,输变电侧焊接结构常采用耐腐蚀性能较好的5系Al-Mg铝合金及导电性能较好的6系Al-Mg-Si铝合金。重点分析了搅拌摩擦焊技术在铝合金水冷板散热器、气体绝缘输电线路(GIL)、气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)、通电导体等焊接结构件的应用现状,并对搅拌摩擦焊技术在电力行业的应用进行了展望。指出了搅拌摩擦焊技术在电力行业应用中展现出巨大的潜力,但是目前的应用仍处于初级阶段,需要综合考虑设备电特性,以及对搅拌摩擦焊的工艺性能及接头性能进行更加细致的研究。

铝锂合金搅拌摩擦焊研究现状/杨海峰,等.焊接. 2019(8):25-31.

铝锂合金具有低密度、高比强度和比刚性、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和超塑性等优点,是理想的航空航天结构材料。搅拌摩擦焊作为一种新型的固相连接方法,应用于铝锂合金焊接时展现出制造成本低、环境污染小和接头力学性能好等一系列优点。为进一步提升搅拌摩擦焊在铝锂合金焊接领域的应用,文章从铝锂合金搅拌摩擦焊接头组织性能方面的国内外研究现状进行了综述,并对未来铝锂合金搅拌摩擦焊的研究方向进行展望。

基于焊接力开环及闭环模式交互作用的摩擦焊接技术研究/张春波,等.焊接,2019(8): 53-57.

基于焊接力开环模式及闭环模式交互控制方式,研制摩擦焊机轴向加载液压系统,实现对焊接辅助过程、三级摩擦焊接过程中轴向焊接力的控制。从辅助过程到自动焊接过程,轴向力的变化经历了七个阶段:在辅助过程中,开环模式控制下的轴向力对摩擦焊接缩短量及工件焊后尺寸精度无明显影响;在三级摩擦焊接过程中,闭环模式控制下的轴向焊接力的控制精度、稳定性对摩擦焊接轴向缩短量及工件焊后尺寸精度具有直接和间接的影响。基于焊接力开环模式及闭环模式交互控制方式研制的轴向摩擦焊机,可实现材料为40Mn2、型号为XDZ190支重轮摩擦焊,焊接接头成形良好,工件的摩擦焊接缩短量精度控制在0～0.5 mm以内。

焊接工艺参数对6061-T6铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊组织及力学性能的影响/王瑾,等.焊接, 2019(11):33-38.

采用不同的压入量、旋转速度和焊接速度对6061-T6铝合金进行静止轴肩搅拌摩擦焊,研究了焊接工艺参数对接头组织及力学性能的影响。结果表明,所有试验参数下,焊缝表面光滑、几乎不产生飞边,焊接工艺参数能够影响材料的流动性,进而对接头成形、组织和力学性能产生影响。焊接工艺参数显著影响焊核区形态,当焊核区为球状,焊缝显微组织硬度呈W形对称分布;而当焊核区为碗状时,前进侧显微硬度略高于后退侧。在最优参数下,即压入量为0.08 mm、旋转速度为1 600 r/min和焊接速度为500 mm/min,接头抗拉强度为224 MPa,达到母材的75.6%。

T2紫铜搅拌摩擦焊工艺/王志国,等.焊接, 2019(12):37-41.

对5 mm厚T2紫铜开展了搅拌摩擦焊工艺的研究,分析了焊接工艺参数对焊缝表面成形、接头宏观形貌、显微组织及力学性能的影响。结果表明,在较宽的焊接工艺参数范围内均可得到无内部缺陷的接头。接头宏观形貌由焊核区、热机影响区、热影响区和母材组成。随着搅拌头旋转速度的增加或焊接速度的降低,碗形的接头的宏观形貌轮廓逐渐模糊,焊核区的晶粒逐渐粗化,接头的抗拉强度逐渐降低。当焊接工艺参数为400 r/min,200 mm/min时,接头的抗拉强度最高,达到母材的95.9%,S线对接头拉伸性能无影响。热影响区的显微硬度值最低,与接头的断裂位置一致。

搅拌摩擦焊近20年研究与发展情况概述/杨坤玉,等.焊接,2020(1):21-28.

针对中国装备制造类企业在近20年中推广应用搅拌摩擦焊技术遇到的挑战和难题,系统综述了搅拌摩擦焊20多年来在装备研制、搅拌工具研发、可焊材料、焊接工艺、产品应用、焊接成形机理等应用研究与基础研究领域的发展情况。通过对装备制造类企业的系统调研,发现搅拌摩擦焊工程应用推进所面临的瓶颈问题主要在于基础性研究深度不够、对中高端设备系统性力学要求把握不准、高效低成本搅拌工具研发能力不足、高端专用工艺研发力量薄弱、操作技能型人才没有系统培养规范等5个方面,并指出整合研究资源、加强基础研究、建立拥有从设备研制、工艺开发、来料加工、人才培训等整体解决方案的高科技公司是有效解决上述瓶颈问题的根本途径,为搅拌摩擦焊接方法在中国装备制造行业未来高效工程应用和研发指明了方向。

铝合金盒体的搅拌摩擦焊封装/李泽阳,等.焊接, 2020(1):1-5.

对航空电子元件盒的搅拌摩擦连接封装技术展开应用研究。使用改造后的4轴搅拌摩擦焊接机床成功实现了大倾角下的盒盖、盒身的矩形轨迹封装焊接。各试验组焊缝均表面形貌良好,无宏观缺陷,且满足现有气密性标准。各组盒体的高度最大变形量范围为1.47～2.53 mm;随着焊接速度的增加,盒体的最大高度变形量呈单调减小规律;随着搅拌头旋转速度的升高,最大高度变形量呈现先减小,后增大的规律。焊接热输入较小的两组盒体耐压极限较低,其内部气压达到0.5～0.6 MPa时,封装轨迹的第一拐角后出现了撕裂状开口。开口截面位置位于搅拌针后退侧侧面。在焊接热输入,转角焊缝轨迹,搅拌针形状等因素影响下,焊接封装接头上会存在微小的孔洞、隧道等缺陷。这些缺陷在应力加压情况下的扩张、发展是泄漏的成因。

连续驱动摩擦焊制备钛合金管件/席锦会,等.焊接, 2020(9): 47-51.

采用连续驱动摩擦焊制备了Ti6246钛合金、TA2纯钛管材及TC4钛合金盲孔管,分析了焊接工艺参数对飞边形貌的影响,着重分析了焊接接头在热处理条件下的组织特征与力学性能。研究结果表明,在该研究试验的焊接工艺参数范围内,焊接工艺参数对焊接接头的性能影响很小;Ti6246管材及TA2管材的摩擦焊系数可达0.99;,摩擦焊可以破碎焊合区组织,焊合区组织明显比母材细小;摩擦焊后TC4盲孔管焊合区的组织类型发生改变,从魏氏体组织变为网篮组织,抗拉强度降低60 MPa,但焊接系数仍可达0.94,塑性和韧性优于母材。

铝/钢异种金属旋转摩擦焊接研究现状/朱瑞灿,等.焊接, 2020(12):1-10.

根据铝/钢异种金属焊接冶金特点及旋转摩擦焊接工艺特点,分析认为旋转摩擦焊最适合铝/钢异种金属轴对称件焊接的工艺。分别介绍了连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊接工艺对铝/钢异种金属焊接接头的组织和性能的影响。总结了铝/钢异种金属摩擦焊接技术研发中亟待解决的主要科学问题,铝/钢旋转摩擦焊过程中摩擦界面及其附近剧烈的塑性流变对IMCs生成的影响规律和机制需要进一步的研究;需要开发相应的工艺措施促进铝/钢接头界面上形成以Fe-Al IMCs为标志的冶金结合,并使IMCs层厚度均匀化。最终指明,研究揭示铝/钢摩擦界面IMCs生成机理、相的组成、形态、分布等冶金行为,对铝/钢旋转摩擦焊接头的组织性能调控具有重要意义,也是铝/钢异种金属焊接结构性能保证的理论基础。

试样状态对线性摩擦焊接头组织及性能的影响/季亚娟,等.焊接,2021(1): 56-60.

文中针飞机构件常用的TC4钛合金,分别研究了线切割表面、粗铣表面及磨制表面三种状态焊前试件状态对线性摩擦焊接头成形、显微组织、氧元素含量及力学性能的影响。结果表明三种状态试件接头成形良好。焊后的宏观组织均分为母材区、热力影响区、焊合区,其中热力影响区组织沿着受力方向被拉长并发生了初生α相溶解,焊合区发生了动态再结晶,晶粒内部为细小的片层组织。线切割及粗铣状态接头氧元素含量没有明显增加,与磨制状态接头相当。三种焊前状态接头的拉伸性能相当;Kt=1,R=0.06,550 MPa条件时三种接头的疲劳寿命相当。

异种合金惯性摩擦焊的研究现状/刘莹莹,等.焊接, 2021(1): 35-41.

文中针对钢与其他合金、铝合金与其他合金、钛合金与其他合金、高温合金与其他合金的惯性摩擦焊的研究现状进行了阐述。主要对惯性摩擦焊的工艺参数选取、端面设计、焊前预热、焊后热处理等研究内容进行了综述。并对异种合金惯性摩擦焊存在的问题进行了分析总结。结果表明,采用合理选择工艺参数、设计不同形状的端面、添加中间过渡层、焊前预热处理、焊后热处理等方法获得强度与母材相当、焊接质量较好的接头。建议在后续的研究中,结合数值模拟对异种合金惯性摩擦焊的工艺参数及端面设计进行优化,对接头的元素分布及新相形成的种类与数量进行调控,对焊接界面金属的流动行为进行深入研究,以获得具有综合性能较好的异种合金惯性摩擦焊接头。

钛钢复合板搅拌摩擦焊接接头组织与力学性能/曹志明,等.焊接, 2021(2): 1-8.

采用搅拌摩擦焊对接工艺焊接厚度为2 mm的TA2-Q235B钛钢复合板。采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察焊接接头显微组织及断口形貌,并采用拉伸试验机和显微硬度计测试焊接接头力学性能及不同区域的显微硬度。结果表明,钛钢复合板焊接接头从上到下分为上部钢焊接区,中部钛钢混合区及下部钛焊接区3个区域,其中钛钢混合区呈交替层叠状结构。当轴肩旋转速度为300 r/min,焊接速度为40 mm/min时,焊接接头的抗拉强度为386 MPa,达到母材强度的80%以上,焊接区域的硬度平均值为243.5 HV,焊接接头断裂源于结合较弱的前进侧热机影响区域。

6082-T6铝合金高焊接速度搅拌摩擦焊接头微观组织与力学性能/张欣盟,等.焊接, 2021(3): 1-4, 12.

研究了高焊接速度2 000 mm/min下6 mm厚6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头的组织与力学性能。结果表明,在高焊接速度下,铝合金接头成形良好,焊核内部没有缺陷。焊核区“S”线呈现出不连续分布状态,焊核区晶粒尺寸细化至10 μm,热影响区的沉淀相粗化受到明显抑制。接头的最低硬度值明显提高至72 HV,达到焊核区硬度水平(75 HV)。拉伸测试时,接头断裂于热影响区,抗拉强度为262 MPa,达到母材的85%,优于常规参数下接头强度。研究表明,对铝合金进行高焊接速度搅拌摩擦焊,不仅可以提高接头力学性能,而且可显著提高焊接生产效率。

根部缺陷对搅拌摩擦焊接头拉伸性能影响/周平,等.焊接, 2021(4): 52-56.

采用DIC观察结合扫描电镜观察的方法对进行拉伸试验中有根部缺陷的搅拌摩擦焊6082-T6铝合金焊接接头进行了分析,揭示焊接接头根部缺陷对铝合金搅拌摩擦焊接头拉伸性能的影响。结果表明,随着焊接速度增大,接头根部易产生缺陷且缺陷严重情况会增加。由于根部缺陷的存在,导致6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头拉伸性能显著降低,焊核区的承载能力降低,强度下降。拉伸断口形貌为台阶状,具有脆性的断裂形貌特征,在台阶面上分布有浅而小的韧窝。

2219铝合金双轴肩搅拌摩擦焊工艺及工程应用/李超,等.焊接,2021(5): 52-57.

针对5.4 mm厚度2219铝合金,开展了浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接试验及工程化应用研究,采用低转速、高焊速的工艺参数,获得了成形美观、性能优良的焊接接头。焊缝超声相控阵检测及X射线检测均满足航天行业相关标准一级焊缝的要求,接头平均抗拉强度达到了母材性能的70%以上,断后伸长率达到6.5%以上。焊接接头均为45°剪切韧性断裂,塑性良好。整个焊缝截面呈上、下宽,中间窄的细腰形,焊缝两侧热力影响区为抛物线轮廓,未出现焊核凸出现象。在前期大量试验验证的基础上,率先实现了该技术在运载火箭贮箱焊接生产上的工程化应用,成功完成了某型号燃料贮箱筒段纵缝的焊接,焊缝顺利通过了常温液压及液氮低温试验考核。

AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳裂纹扩展行为/芦丽莉, 等.焊接, 2021(5): 29-35.

文中研究了AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀疲劳裂纹扩展行为。结果表明,在1%NaCl溶液(质量分数)中,AZ31镁合金接头各区域的腐蚀疲劳裂纹扩展门槛值和强度均低于在空气环境中的结果,但裂纹扩展速度较高。在空气环境下,在裂纹扩展起始阶段,母材区域门槛值最低,裂纹最容易扩展,而在裂纹稳定扩展区域,焊核区域的裂纹扩展速率最快,为da/dN=7.80×10-6(ΔK)2.78,前进侧热力影响区的裂纹扩展速率最慢,为da/dN=1.94×10-5(ΔK)1.73。在腐蚀疲劳环境下,母材区域的门槛值最小,最容易发生扩展行为,进入稳定扩展阶段时,后退侧热力影响区扩展最快,为da/dN=3.12×10-4(ΔK)1.71,焊核区域扩展最慢,为da/dN=2.78×10-4(ΔK)1.50。AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头各区域的腐蚀疲劳裂纹扩展机理主要是裂纹尖端的阳极溶解和氢脆机理。裂纹扩展路径曲折复杂,裂纹中部发现裂纹“闭环”和分叉形貌,裂纹尾部细小,出现裂纹“跳跃”情况,裂纹尖端附近的施密特因子分布不均匀,裂纹尖端附近的组织整体呈现较软的取向,裂纹总是沿着易于滑移的软取向组织扩展。

2219铝合金薄板拉拔式摩擦塞焊工艺及力学性能优化/赵慧慧,等.焊接, 2021(6): 48-55.

针对5.5 mm厚2219铝合金拉拔式摩擦塞补焊工艺及接头力学性能进行了研究。设计了4种不同几何形状的塞棒,通过试验确定了优化的塞棒几何形状和尺寸:塞棒为圆弧形(R=50 mm)、小端直径32 mm、圆锥段长度16.17 mm。在焊接转速7 000 r/min、轴向拉力30 kN、轴向进给量10 mm的工艺参数下获得了成形良好的接头。显微组织分析表明,塞棒与母材界面结合良好,毗邻结合界面的母材侧晶粒发生了动态再结晶,热机械影响区晶粒沿着塞棒的挤压方向被拉长。正交试验及分析结果表明,在焊接转速、轴向拉力和轴向进给量3个主要焊接参数中,焊接转速对接头强度的影响最大,轴向拉力次之,轴向进给量最小。当焊接转速达到7 000 r/min以上时,提高焊接轴拉力有助于提高焊接接头的抗拉强度。文中所获得焊接接头的最优抗拉强度为357 MPa,相当于母材抗拉强度的76.7%。在界面结合质量良好的情况下,塞补焊接头拉伸断裂位置为热机械影响区,断口表面呈韧性特征。

2195铝锂合金焊接缺陷固相准等强修复技术/刘立安,等.焊接, 2021(6): 24-27.

针对2195铝锂合金搅拌摩擦焊(Friction stir welding, FSW)焊后匙孔缺陷,采用填充式搅拌摩擦焊(Filling friction stir welding, FFSW)开展固相准等强修复。该方法热输入低,界面处材料相互挤压,摩擦充足,材料流动混合充分,界面结合质量高。结果表明,通过额外填充棒的引入,匙孔缺陷得到有效填充,且搅拌摩擦处理有利于对修复区域的二次顶锻,促进修复界面的冶金结合效果。通过焊接工艺参数优化,当旋转速度为1 600 r/min时,修复后接头的抗拉强度为358.1 MPa,达到了优质FSW接头的90.7%;断后伸长率为3.17%,达到了优质FSW接头的90.6%,实现了2195铝锂合金的固相准等强修复。

对接间隙对双轴肩搅拌摩擦焊接头成形与性能的影响/李充,等.焊接, 2021(9): 5-9, 27.

利用双轴肩搅拌摩擦焊能够成功实现铝合金中空及密闭结构的焊接,但在实际焊接过程中由于板材制造精度误差或装配间隙等问题会降低接头的成形和力学性能。针对该问题,文中研究了0～1.0 mm的对接间隙对4.0 mm厚6082-T6双轴肩搅拌摩擦焊接头成形和力学性能的影响。结果表明,随着对接间隙的增加,上下轴肩之间的金属难以完全填充焊缝,在"挤压-抽吸"作用下,下轴肩作用区容易产生孔洞缺陷,降低焊接接头的力学性能。当搅拌头旋转速度为700 r/min、焊接速度为300 mm/min、对接间隙为0～0.3 mm时焊接接头成形和力学性能较好。