旋转速度对复合搅拌摩擦点焊接头成形及抗剪力的影响
《高强铝合金搅拌摩擦焊接机理及接头性能调控》
《高强铝合金搅拌摩擦焊接机理及接头性能调控》篇一一、引言高强铝合金因具有优异的力学性能、抗腐蚀性以及轻质等特点，广泛应用于航空航天、汽车制造、轨道交通等关键领域。
随着制造业的飞速发展，对高强铝合金连接技术的要求也越来越高。
其中，搅拌摩擦焊接作为一种新型的固相连接技术，因其工艺简单、接头质量高、对环境友好等优点而备受关注。
本文旨在深入探讨高强铝合金搅拌摩擦焊接的机理及其接头性能的调控方法。
二、搅拌摩擦焊接的机理搅拌摩擦焊接是通过摩擦热和塑性流动实现焊接的。
具体来说，焊接过程中，搅拌头的高速旋转产生的摩擦热和塑性流动使焊接区域达到热塑性状态，从而实现焊接。
其具体过程包括四个阶段：预压阶段、摩擦阶段、焊接阶段和冷却阶段。
1. 预压阶段：搅拌头下压至预设深度，与待焊工件表面接触并施加一定的压力。
2. 摩擦阶段：搅拌头继续旋转，产生强烈的摩擦热，使局部材料温度升高并发生塑性流动。
3. 焊接阶段：随着搅拌头的继续旋转和前进，焊接区域的材料在高温和压力的作用下逐渐融合在一起。
4. 冷却阶段：焊接完成后，搅拌头停止旋转和前进，焊接区域逐渐冷却凝固。
三、接头性能的调控为了获得高质量的搅拌摩擦焊接接头，需要对焊接过程中的各种参数进行优化和控制，以实现接头性能的调控。
这些参数包括搅拌头的形状和材质、焊接速度、下压力等。
1. 搅拌头的形状和材质：搅拌头的形状和材质对焊接过程和接头性能具有重要影响。
合理的搅拌头形状可以有效地控制材料的流动和热输入，从而获得良好的焊缝成形和力学性能。
此外，搅拌头的材质也应具有良好的耐磨性和耐热性。
2. 焊接速度：焊接速度是影响接头性能的关键参数之一。
过快的焊接速度可能导致热输入不足，使焊缝成形不良；而过慢的焊接速度则可能导致热输入过大，使接头产生过大的残余应力和热影响区。
因此，需要选择合适的焊接速度以获得高质量的焊缝。
3. 下压力：下压力是搅拌摩擦焊接过程中的另一个重要参数。
适当的下压力可以保证搅拌头与工件之间的良好接触，并使材料在焊接过程中发生充分的塑性流动。
旋转速度对复合搅拌摩擦点焊接头成形及抗剪力的影响
旋转速度对复合搅拌摩擦点焊接头成形及抗剪力的影响付娟;赵勇;严铿;蒋成禹【摘要】采用复合搅拌摩擦点焊的方法对2 mm LF21铝合金薄板进行焊接,测试了不同旋转速度下的焊接接头的抗剪力,并观察和分析了点焊接头的成形及微观组织.结果表明:当其他参数一定时,接头的抗剪力在旋转速度为1200 r/min时达到最大值3.47 kN,同时得到表面光亮、成形美观的焊点;显微试验结果表明复合搅拌摩擦点焊接头塑性环区和热机械影响区均发生了强烈的金属塑性流动,其中塑性环区的晶粒尺寸细小、组织致密.【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2007(021)005【总页数】4页(P36-39)【关键词】铝合金;复合搅拌摩擦点焊;旋转速度;抗剪力【作者】付娟;赵勇;严铿;蒋成禹【作者单位】江苏科技大学,先进焊接技术省级重点实验室,江苏,镇江,212003;江苏科技大学,先进焊接技术省级重点实验室,江苏,镇江,212003;江苏科技大学,先进焊接技术省级重点实验室,江苏,镇江,212003;江苏科技大学,先进焊接技术省级重点实验室,江苏,镇江,212003【正文语种】中文【中图分类】TG457.140 引言在汽车、列车及其他的交通设备中,为了得到轻量化的结构,铝合金得到了越来越广泛的运用。
铝合金薄板的搭接接头主要采用电阻点焊。
电阻点焊法是用铜合金电极接触焊接物件,通过数万安培以上的电流,利用电阻热使板与板之间的界面熔融成一体[1]。
但铝合金电阻点焊存在电极表面损耗快、效率低、工作环境恶劣等缺点。
国内外学者为了改进电阻点焊带来的一系列缺陷,在搅拌摩擦焊的基础上提出了高效、清洁、节能的点焊新技术——搅拌摩擦点焊,用于取代铝合金的电阻点焊。
搅拌摩擦点焊具有很多电阻点焊不可比的优点,国内外专家学者发明了许多搅拌摩擦点焊的方法,如日本的直插式,德国的复合挤压式,英国的回抽式以及TWI的Thomas等人提出的复合搅拌(Com-stirTM)式[2]。
《2024年高强铝合金搅拌摩擦焊接机理及接头性能调控》范文
《高强铝合金搅拌摩擦焊接机理及接头性能调控》篇一一、引言高强铝合金因具有优异的力学性能、抗腐蚀性及轻量化等特点，广泛应用于航空航天、汽车制造等关键领域。
随着制造业对轻量化、高强度和高可靠性的要求日益提升，高强铝合金的连接技术成为研究热点。
其中，搅拌摩擦焊接（Friction Stir Welding, FSW）作为一种固相连接技术，因其独特的焊接过程和良好的接头性能，受到了广泛关注。
本文旨在探讨高强铝合金搅拌摩擦焊接的机理及接头性能的调控方法。
二、搅拌摩擦焊接的机理搅拌摩擦焊接是一种利用高速旋转的搅拌头与工件之间的摩擦热及塑性变形实现连接的工艺。
在焊接过程中，搅拌头将产生大量的摩擦热，使被焊材料发生塑性变形和流动，从而实现材料的连接。
其焊接机理主要包括以下几个步骤：1. 初始阶段：搅拌头与工件接触，产生摩擦热，使接触区域的材料开始软化。
2. 塑性阶段：随着摩擦热的积累，材料进入塑性状态，开始在搅拌头的压力下发生流动。
3. 填充阶段：软化后的材料在搅拌头的旋转作用下，填充到搅拌头形成的空腔中。
4. 冷却固化：当搅拌头移开，焊接区域在压力作用下逐渐冷却固化，形成焊缝。
三、接头性能的调控高强铝合金搅拌摩擦焊接接头的性能受多种因素影响，如焊接速度、旋转速度、工具形状、材料性质等。
为了获得理想的接头性能，需要对这些因素进行调控。
1. 焊接速度的调控：焊接速度直接影响焊接区域的热输入和材料的塑性流动状态。
适当的降低焊接速度可以增加热输入，使材料充分软化，提高接头的强度和韧性。
然而，过高的焊接速度可能导致热输入不足，影响接头的质量。
2. 旋转速度的调控：旋转速度决定了搅拌头的摩擦热产生速率和材料的塑性变形程度。
适当的提高旋转速度可以增加摩擦热，使材料更容易进入塑性状态，有利于接头的形成。
然而，过高的旋转速度可能导致材料过度软化，产生飞溅和空洞等缺陷。
3. 工具形状的优化：工具形状对焊接过程和接头性能具有重要影响。
旋转速度对静止轴肩搅拌摩擦焊温度场和应力场的影响
旋转速度对静止轴肩搅拌摩擦焊温度场和应力场的影响
贺巍亮;王伟;李华芳;李晓燕
【期刊名称】《电焊机》
【年(卷),期】2024(54)1
【摘要】针对3 mm厚的2024-T4铝合金,采用ABAQUS软件建立静止轴肩搅拌摩擦焊热源三维模型,分析2024-T4铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊温度场和应力场的有限元模拟,研究了恒定150 mm/min焊接速度下,旋转速度从800 mm/min到1 200 mm/min对焊接接头残余应力的影响。
结果表明:常规搅拌摩擦焊焊缝横截面高温区域呈现碗状分布,而静止轴肩搅拌摩擦焊呈类似于搅拌针形貌分布。
相比于常规搅拌摩擦焊,静止轴肩可以获得更窄的搅拌区宽度,并且有效降低焊缝中心的峰值温度。
焊后垂直于焊缝区域的纵向残余应力呈现“M”形分布,随着搅拌头旋转速度的增大,两种工艺下的焊后残余应力均增大。
此外,静止轴肩在焊接过程中对焊缝区域持续碾压,使得焊后试样的纵向残余应力峰值相比较于传统搅拌摩擦焊能降低45.6%。
【总页数】9页(P86-94)
【作者】贺巍亮;王伟;李华芳;李晓燕
【作者单位】陕西工业职业技术学院航空工程学院;西安中汇卓越教育科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG402
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5.肺部CT影像分析对糖尿病合并肺结核的早期诊断价值分析
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5052-H112铝合金搅拌摩擦点焊剪切拉伸强度和失效模式
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旋转速度对复合搅拌摩擦点焊接头成形及抗剪力的影响
第２ １卷第 ５期 ２０ ０７年 １ ０月
江 苏 科 技 大 学 学 报（ 自然科学版 ） Ｊｕｎｌ ｆ ｉ ｇｕＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｃｅｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ （ ａｕａ Ｓｉ ｃ ｄｔ ｎ ｏｒａ ｏ ａ ｓ ｎｖ ｓｙ ｆ ｉ ｅａｄＴｃ ｎ１ Ｙ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎ ｅＥ ｉｏ 、 Ｊｎ ｅ ｉ Ｓ ｎ ｏ ｅ ｉ
关键词： 铝合金 ； 复合搅拌摩擦点焊 ； 旋转速度 ； 抗剪力
中图 分类 号 ： Ｇ ５ ．４ Ｔ ４ ７ １ 文 献标 识 码 ： Ａ
Ｉ ｆｕｅ ｃ ｆＲｏ ａ ｙ Ｓ ｅ ｎ Ｆｏ ｍ ａ ｉｎ ａ ｈｅ ｒｎ ｓｓ ｎ ｅ ｏ — ｌｏ ｎ ｌ ｎ ｅ ｏ ｔ ｒ ｐｅ ｄ ｏ ｒ ｔｏ ｎｄ Ｓ ａ ｉ ｇ Ｒｅｉｔ ｃ ｆＡＩａｌｙ ａ
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文章编号 ：１７ ４ ０ （ 转 速 度 对 复 合 搅 拌 摩擦 点焊 接头 成 形 及抗剪 力的影 响
搅拌摩擦焊接质量控制
搅拌摩擦焊焊接质量控制摘要：搅拌摩擦焊接技术是针对焊接性差的铝、镁合金而开发出的一种新型固相连接技术，由英国焊接研究所于1991年开发的专利技术。
可以有效地避免氧化和蒸发，焊后冷却过程中不出现热裂纹，焊缝区晶粒得到细化，优化了接头各项性能，同时焊接过程不需要填充金属，不产生火花、飞溅、烟雾、弧光等，是一种高效、优质、简单、无污染的焊接工艺。
介绍了搅拌摩擦焊接的原理、焊接工艺特点、搅拌摩擦焊的最新发展情况及其应用。
利用搅拌摩擦焊焊接方法对7075铝合金进行焊接实验，在焊接参数为：转速——800r/min、焊接速度75mm/min的情况下得到了良好的组织结构，显微硬度的实验表明焊后其维氏硬度值的分布趋势沿焊缝中心基本对称。
关键词：搅拌摩擦焊接；7075铝合金；焊接参数；焊接质量控制Research on friction stir weldingA bstract: Friction stir welding (FSW) is a new solid welding technique for aluminum and magnesium alloys invented and patented by The Welding Institute, UK in 1991, which can avoid the problems existing in the other welding methods. It is an efficient, energy saving, simple and environmental-friendly technique, which can efficiently avoid oxidation and evaporation without heat flaw in the cooling process after welding. FSW can get optimized various performance of joint without any sparkle, plash, smog or arc. No filling metal is needed in the welding process. This paper simply introduce the principles, the process, emphasize introduces recent development an application of the friction stir welding. Using friction stir welding method of 7075 aluminum alloy welding experiment, the welding parameters for welding speed: speed -- 800r/min, 75mm/min cases got good organization structure, microhardness tests indicate that after welding the Vivtorinox hardness distribution trend along the seam center symmetry.Keywords: FSW; 7075 Al alloy; Welding parameters; Welding quality control目录第一章文献综述 (1)1.1 铝合金焊接的特点 (1)1.2 搅拌摩擦焊接 (1)1.2.1搅拌摩擦焊接机理 (1)1.2.2 搅拌摩擦焊接的特点 (2)1.3铝合金的搅拌摩擦焊接现状及发展 (2)第二章实验方法 (3)2.1 实验材料及设备 (3)2.1.1实验设备 (3)2.1.2实验材料 (3)2.2 实验方案 (3)2.2.1焊接参数 (3)2.2.2实验方法 (3)2.3金相实验 (4)2.3.1金相试样的制备 (4)2.3.2金相组织显微摄影 (4)第三章实验结果分析 (5)3.1 搅拌摩擦焊焊缝截面宏观分析 (5)3.2焊缝组织微观分析 (5)3.3搅拌摩擦焊焊接接头的缺陷分析 (6)3.4焊后材料显微硬度的变化 (9)第四章实验结论 (10)参考文献 (11)第一章文献综述1.1铝合金焊接的特点铝合金由于质量轻、比强度高、耐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中，铝合金焊接有以下难点：（1）铝合金焊接接头软化严重，强度系数低，这也是阻碍铝合金应用的最大障碍；（2）合金表面易产生难熔的氧化膜（Al2O3其熔点为2060℃），这就需要采用大功率密度的焊接工艺；（3）铝合金焊接容易产生气孔；（4）铝合金焊接易产生热裂纹；（5）线膨胀系数大，易产生焊接变形；（6）铝合金热导率大（约为钢的4倍），相同焊接速度下，热输入要比焊接钢材大2倍-4倍。
复合搅拌摩擦点焊旋转半径对接头组织和性能的影响
收 稿 日期 ： ０ １— ４—１ ２１ ０ ２
基金项 目： 江苏省 自然科学基金资助项 目（ Ｋ ００ ４ ） 江苏省科技支撑计划基金 资助项 目（ Ｅ ０９ ２ ） Ｂ ２ １３ ２ ； Ｂ ２０ １６ 作者简介 ： 付 娟 （９３ ）女 ， １８一 ， 辽宁阜新人 ， 助教 ， 研究方 向为焊接工艺 、 搅拌摩擦焊 ． －ａ ：ｆｕｎ ６．ｏ Ｅｍ ｉ￣ｕ ａ＠１３ｃｒ ｌ ｊ ｎ
ｏ ｉｔ ｎｃｍ－ ｉ ｆｉ ｉ ｔ ｐ ｔ ｅ ｉｇ ｆ ｏｎ ｏ ｓ ｒ ｒ ｔ ｎｓ ｒｓｏ ｌ ｎ ｊ ｉ ｔ ｃｏ ｉ ｗ ｄ
Ｆ ｕ ｎ ，Ｚ ａ ｎ Ｙａ ｎ Ｚ ａ ｇＮｉｎ ｉｎ ｕ Ｊ ａ ｈ ｏ Ｙｏ ｇ ， ｎ Ｋｅ ｇ ， ｈ ｎ ａ ｑａ ｇ
４４ ２
江 苏科技 大学 学报 （自然科 学版 ）
第２ ５卷
搅 拌摩擦 点焊 工艺 流程 如 图 １２， ］复合 搅 拌摩 Ｅ 擦 点焊试 验搅 拌头 的运 动轨 迹如 图 ２３ Ｊ在 试验 ＿ ． 中 ，Ａ１．４铝 合 金 试 板 的 尺 寸 为 ２０ ｍ ×１０ ２ ２Ｔ ５ ｍ ０ ｍ ２ｍ 在 前 期 已做 试 验 研 究 的基 础 上 ， 出 ｍｘ ｍ． 选 接头性 能较 好 的工 艺 参数 ， 固定 旋 转 速 度 、 压速 下 度、 下压量等工艺参数 ， 仅改变旋转半径 ， 研究不同 旋转半 径 下 的塑 性环 形貌对 接头 抗剪 力 的影 响 ， 采 用 的焊 接工 艺参 数如 表 ２ ．
表 ２ 改变旋 转半径 的复合搅拌摩擦点焊工艺参数
Ｔａ ｌ Ｐ ｏ ｅ ｓｎ ａ ａ ｔ ｒ ｏ ｏ －ｔ Ｗ ｂ ｅ２ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｆｃ ｒ ｓｉ ＦＳ ｎ ｒ ｗｉ ｈ ｎ ｉ ｇ ｒ ｄｕｓ ｔ ｃ ａ ｇｎ ａ ｉ ｈ
旋转速度对汽车用5052铝合金板材高速搅拌摩擦焊接接头组织及性能的影响
旋转速度对汽车用5052铝合金板材高速搅拌摩擦焊接接头组织及性能的影响彭俊;王巍【摘要】高速搅拌摩擦焊是铝合金板材在汽车领域大规模应用的保障.采用五种不同的旋转速度进行了焊接速度恒定为3 000 mm/min的汽车用5052铝合金板材高速搅拌摩擦焊试验,并对焊接接头的显微组织与拉伸性能进行了测试与分析.结果表明,当旋转速度为300 r/min和900 r/min时,接头存在孔洞缺陷,接头系数低于70％;当旋转速度在500 r/min～ 700 r/min之间时接头无缺陷,接头系数高于85％;当旋转速度为500 r/min时,接头系数最大,为96.1％.旋转速度优选为500 r/min.【期刊名称】《轻合金加工技术》【年(卷),期】2017(045)003【总页数】5页(P51-55)【关键词】高速搅拌摩擦焊;旋转速度;铝合金;对接焊【作者】彭俊;王巍【作者单位】黄河交通学院汽车工程学院,河南焦作454950;黄河交通学院汽车工程学院,河南焦作454950【正文语种】中文【中图分类】TG146.21;TG453.9在汽车轻量化进程不断推进的今天,采用铝合金等轻质材料成为一种经济、有效的轻量化方案。
铝合金在汽车上要大量运用，焊接是不可避免的。
但铝合金采用常规熔化焊方法进行焊接时极易出现孔洞、气孔、裂纹和夹杂等缺陷，而且焊接变形较大，难以满足规模化生产的需要[1]。
搅拌摩擦焊是一种新型的固相焊接方法，它有效避免了常规熔化焊存在的各类缺陷，为铝合金焊接带来了革命性的变化。
为此，铝合金的搅拌摩擦焊吸引了众多科研工作者的研究兴趣，为此也获得了较多的研究成果。
郑小茂等[1]探讨了焊接参数对7A04铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能的影响。
郝云飞等[2]研究了同质异种热处理状态铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能。
王楠等[3]分析了1060铝合金搅拌摩擦焊焊缝金属流动机制。
王丽等[4]探讨了搅拌摩擦焊对5A02铝合金微观组织及硬度的影响。
搅拌头停留时间对6082铝合金搅拌摩擦点焊接头组织和力学性能的影响
搅拌头停留时间对6082铝合金搅拌摩擦点焊接头组织和力学性能的影响蔡月华;张克梁;张大童;张文【摘要】采用光学显微技术、显微硬度和拉伸测试,研究了不同搅拌头停留时间对6082铝合金搅拌摩擦点焊接头显微组织和力学性能的影响.结果表明,接头由搅拌区、热机影响区、热影响区和母材区组成.搅拌区形成了细小的再结晶等轴晶粒,并且在其附近形成“Hook”区.搅拌区硬度和接头断裂载荷随着搅拌头停留时间的延长而不断增大,但趋势逐渐变缓.在搅拌头旋转速度为1 400 r/min,停留时间为20 s 时,接头断裂载荷达到最大值,为3.56 kN.点焊接头在拉伸测试过程中的失效方式是韧-脆混合型断裂.【期刊名称】《轻合金加工技术》【年(卷),期】2017(045)006【总页数】5页(P45-49)【关键词】6082铝合金;搅拌摩擦点焊;显微组织;力学性能【作者】蔡月华;张克梁;张大童;张文【作者单位】广东豪美铝业股份有限公司,广东清远511540;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】TG146.21;TG453.96082铝合金具有密度小、比强度高、韧性好以及易加工成形等特点，广泛地应用在球形头、行李架以及控制臂等汽车零部件的生产制造上[1]。
在汽车轻量化的发展背景下，6082铝合金必定有更大的应用潜力。
搅拌摩擦点焊技术(FSSW)作为一种在搅拌摩擦焊基础上发展起来的固相连接技术，具有操作简单、绿色环保、接头强度高等优点[2-3]，在实现汽车的轻量化制造中将会有广泛的应用前景。
Mazda 公司成功地将FSSW技术引入Mazda RX-8发动机罩和后门的生产制造中，实现了汽车零部件的轻量化制造[4]。
根据FSSW技术的工作原理可知[5]，搅拌头停留时间会影响在焊接过程中的热输入，从而影响点焊接头的成形和性能。
转速对6061_铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的影响
精 密 成 形 工 程第15卷 第9期28 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2023年9月收稿日期：2023-07-05 Received ：2023-07-05基金项目：山东省重点研发计划（2019GGX102023）Fund ：Key R&D Projects of Shandong Province(2019GGX102023) 引文格式：曹高威, 王进, 孙守義. 转速对6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的影响[J]. 精密成形工程, 2023, 15(9): 28-36.CAO Gao-wei, WANG Jin, SUN Shou-yi. Effect of Rotational Speed on Joint Microstructure and Mechanical Properties of 6061 转速对6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的影响曹高威，王进*，孙守義（青岛理工大学 机械与汽车工程学院，山东 青岛 266520）摘要：目的 研究不同转速条件下6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的变化规律，为工程实践应用提供参考。
方法 在不同旋转速度（800、1 200、1 500 r/min ）下对4 mm 厚的6061铝合金进行搅拌摩擦搭接焊实验，固定进给速度和轴肩下压量，研究搅拌头转速对接头宏观组织、微观组织和力学性能的影响。
结果 所有接头均没有出现明显缺陷，当转速为1 500 r/min 时，搅拌区晶粒尺寸细化明显，最大失效载荷达到母材的75%，上板和下板的硬度曲线都呈“W”形；当转速为800 r/min 和1 200 r/min 时，下板硬度曲线呈“V”形。
随着转速的增大，有效搭接宽度逐渐增大，接头的平均拉剪强度也在增大，所有接头都在前进侧断裂，断裂形式均为拉伸断裂。
结论 转速的提升增加了焊接热输入量和机械搅拌作用，促进了有效搭接宽度的增大和晶粒尺寸的细化，但未能改变钩状缺陷的形成及延伸方向。
搅拌摩擦焊工艺参数对焊缝质量的影响
搅拌摩擦焊工艺参数对焊缝质量的影响摘要：自主设计了多种结构的搅拌针，并针对铝合金材料进行焊接工艺实验，分析了焊头形状、旋转速度、焊接速度等对焊缝质量的影响，为进一步研究开发和铝合金零部件生产应用摩擦搅拌焊接技术提供理论和实践依据。
关键词：搅拌摩擦焊；工艺参数随着人们对节能、环保、安全提出更高的要求，铝合金等轻质高强材料的应用获得广泛关注。
所以铝材成为航空航天和现代交通运输轻量化、高速化的关键材料。
轻量化可使飞机和宇航器飞得更高、更快、更远，可使导弹打得更快、更远、更准，可使电动汽车零污染高速行驶，可减少牵引力和节省大量能源，使运输工具既安全又准点[ 1]。
1.试验材料及方法选用轨道客车中空车体及结构件用厚为3mm的铝合金挤压板材，将板材裁剪多组尺寸为600×110mm的母板。
用XD5032A立式升降台铣床作为FSW的设备。
2.试验结果与讨论对于一定形状的搅拌焊头，影响焊缝成型和接头机械性能的主要因素是旋转速度（n）、焊接速度（v）和焊接压力（p）。
2.1.旋转速度对焊缝质量的影响搅拌焊头的旋转速度一定时，若焊接速度较慢，焊缝表面平滑光亮，但在焊缝背面可见到由于局部母材熔化而出现的缩孔。
随着焊接速度的增加，这种缩孔会消失，继续增加焊接速度，焊缝表面的光洁度变差，沿焊缝的横截面将试样切开会发现隧道型缺陷，若焊接速度过快，隧道型缺陷逐渐增大，甚至会在焊缝表面出现沟槽。
采用本实验的搅拌焊头焊接时，将旋转速度定为1500rpm/min，此时，焊接速度若高于35mm/min，会看到焊缝的一侧产生未焊合或在搅拌焊头的后面出现长长的沟槽；当焊接速度低于23.5mm/min时，则焊缝表面发生凹陷或在焊缝某一侧产生切边现象，同时，在焊缝的背面会出现由于过热而形成的缩孔。
当焊接速度在23-40mm/min范围内，焊缝的外观成型较好；拉伸试验结果表明，当焊接速度在35-60mm/min范围内时，焊缝的抗拉强度较高。
焊接速度对厚板5083铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响
焊接速度对厚板5083铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响任思蒙;高崇;李书磊;李超;赵丕植【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2018(048)008【摘要】对厚度12 mm的5083铝合金板材进行搅拌摩擦焊对接试验,在旋转速度为600 r/min的条件下,对比研究焊接速度为1 00 mm/min和300 mm/min 时的对接接头的宏观形貌及微观组织、力学性能、断裂形式的差异.结果表明,当焊速为1 00 mm/min时,洋葱环间距较小,焊接接头内无明显缺陷,力学性能接近母材,能获得质量较高的焊接接头,断裂位置发生在热影响区,模式为韧性断裂;当焊速为300 mm/min时,洋葱环间距较大,接头根部出现未焊合缺陷,严重降低接头力学性能,断裂位置发生在焊核区,断裂模式为韧-脆性混合断裂.【总页数】5页(P104-108)【作者】任思蒙;高崇;李书磊;李超;赵丕植【作者单位】中铝材料应用研究院有限公司中铝中央研究院材料科学研究分院,北京102209;中铝材料应用研究院有限公司中铝中央研究院材料科学研究分院,北京102209;中铝材料应用研究院有限公司中铝中央研究院材料科学研究分院,北京102209;中铝材料应用研究院有限公司中铝中央研究院材料科学研究分院,北京102209;中铝材料应用研究院有限公司中铝中央研究院材料科学研究分院,北京102209【正文语种】中文【中图分类】TG456.9【相关文献】1.厚板铝合金搅拌摩擦焊匙孔补焊接头组织与性能 [J], 刘杰;杨景宏;韩凤武;宫文彪2.细晶5083铝合金不等厚板激光穿透焊接头的组织与性能 [J], 闫洪华;张凯锋;吴云3.焊接速度对5083铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响 [J], 古宝康;张大童;张文4.厚板搅拌摩擦焊接头的组织与性能 [J], 张忠科;张剑飞;廖蕴博;胥春龙;于洋5.旋转速度对高强度钢Q&P980搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响 [J], 蔺宏涛; 孟强; 王怡嵩; 王家毅; 张韵; 江海涛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
搅拌摩擦焊工艺参数
搅拌摩擦焊工艺参数搅拌摩擦焊是一种常用的焊接工艺，它通过搅拌和摩擦的作用，在焊缝处产生高温和高压，使金属材料发生塑性变形和热扩散，从而实现焊接连接。
搅拌摩擦焊的工艺参数对焊接质量和效率起着关键作用。
本文将从搅拌速度、搅拌角度、搅拌时间和搅拌压力四个方面介绍搅拌摩擦焊的工艺参数。
一、搅拌速度搅拌速度是指在搅拌摩擦焊过程中搅拌工具的旋转速度。
搅拌速度的选择应根据被焊接材料的性质和厚度来确定。
一般情况下，搅拌速度越高，摩擦产生的热量越大，焊接温度越高，焊接质量越好。
但是，如果搅拌速度过高，可能会导致焊接接头过热，甚至烧穿。
因此，在确定搅拌速度时，需要综合考虑焊接质量和工艺效率。
二、搅拌角度搅拌角度是指搅拌工具与被焊接材料之间的夹角。
搅拌角度的选择应根据被焊接材料的性质和形状来确定。
一般情况下，搅拌角度越大，摩擦产生的热量越集中，焊接温度越高，焊接质量越好。
但是，如果搅拌角度过大，可能会导致焊接接头过热，甚至烧穿。
因此，在确定搅拌角度时，需要综合考虑焊接质量和工艺效率。
三、搅拌时间搅拌时间是指搅拌工具在焊接过程中与被焊接材料接触的时间。
搅拌时间的选择应根据被焊接材料的性质和厚度来确定。
一般情况下，搅拌时间越长，摩擦产生的热量越大，焊接温度越高，焊接质量越好。
但是，如果搅拌时间过长，可能会导致焊接接头过热，甚至烧穿。
因此，在确定搅拌时间时，需要综合考虑焊接质量和工艺效率。
四、搅拌压力搅拌压力是指搅拌工具施加在被焊接材料上的压力。
搅拌压力的选择应根据被焊接材料的性质和厚度来确定。
一般情况下，搅拌压力越大，摩擦产生的热量越大，焊接温度越高，焊接质量越好。
但是，如果搅拌压力过大，可能会导致焊接接头过热，甚至烧穿。
因此，在确定搅拌压力时，需要综合考虑焊接质量和工艺效率。
总结起来，搅拌摩擦焊的工艺参数包括搅拌速度、搅拌角度、搅拌时间和搅拌压力。
合理选择这些参数可以保证焊接质量和工艺效率。
在确定这些参数时，需要综合考虑被焊接材料的性质和厚度，并进行试验验证。
铝合金搅拌摩擦焊焊缝受力及焊缝成型的关系
铝合金搅拌摩擦焊焊缝受力与焊缝成型的关系1 引言1.1搅拌摩擦焊国内外发现现状与水平搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，简称FSW)最初是针对焊接性差的铝合金开发的一种新型固相焊接工艺，由英国焊接研究所(The Welding Institute)于1991年开发的专利技术。
搅拌摩擦焊自发明以来很快就受到制造工业的密切关注和支持，并且于1996年在制造工业领域得到了成功应用。
搅拌摩擦焊是利用一种特殊的低耗损的搅拌头旋转着压入被焊零件的表面，搅拌头与被焊零件的摩擦使被焊材料热塑化，当搅拌头沿着焊接界面向前移动时，热塑化的材料由前向后转移，在热-机联合作用下连接形成致密的固相连接接头。
TWI、NASA(National Aeronautics and Space Administration)、Boeing、ESAB等大型研究机构和企业都在进行与该工艺相关的研究工作[1,2]。
FSW已成功应用于实际生产。
搅拌摩擦焊技术一出现，就得到航空界的青睐。
英国焊接研究所申报了此项专利后，瑞典ESAB公司按许可证制造了专用焊接设备-Su-perstire搅拌摩擦焊机，并已获得实际应用[3]。
美国著名的宇航公司争相购买搅拌摩擦焊的专利许可证，开发、应用搅拌摩擦焊技术。
1998年美国波音公司的空间和防御实验室引进了搅拌摩擦焊技术，用于焊接某些火箭部件，成功用于低温下工作的铝合金薄壁压力容器，完成了纵向和环向焊缝的连接；麦道公司也把这种技术用于制造Delta运载火箭的推进剂贮箱[4]。
图1-1 搅拌摩擦焊原理示意图FSW是固相连接过程，其原理如图1-1所示。
搅拌摩擦焊对工件的焊接，主要通过搅拌头(Welding tool)的高速旋转实现的。
搅拌头包括轴肩(Shoulder)，搅拌针(Pin)和夹持部分(Shank)。
搅拌针插入母材内部，轴肩与工件表面压紧，产生摩擦热并使得焊缝材料塑性流动。
搅拌头的端部加工出螺纹，确保发生塑变的工件材料充分流动，以得到没有孔洞的接头。
搅拌摩擦焊焊接工装的工艺参数优化与控制
搅拌摩擦焊焊接工装的工艺参数优化与控制搅拌摩擦焊是一种高效、环保的金属焊接技术，它能够实现金属材料的快速、高质量连接。
在搅拌摩擦焊过程中，工装的设计和工艺参数的控制至关重要。
本文将介绍搅拌摩擦焊焊接工装的工艺参数优化与控制。
一、工装设计搅拌摩擦焊工装的设计对焊接质量有着直接影响。
合理的工装设计应考虑以下几个方面：1.1 夹具设计夹具是搅拌摩擦焊过程中用来固定工件的装置。
夹具设计应考虑到工件的形状和尺寸，确保工件能够稳固地固定在夹具上，从而保证焊接的准确性和稳定性。
1.2 冷却系统设计搅拌摩擦焊过程中会产生大量的热量，如果不能及时有效地散热，容易导致焊接区域过热，影响焊接质量。
因此，冷却系统设计至关重要，应确保能够及时散热，保持焊接区域的温度适中。
1.3 轴向力调节搅拌摩擦焊过程中，轴向力的大小会直接影响焊接接头的密实性和稳定性。
因此，工装设计中应考虑轴向力的调节机制，确保能够精确控制轴向力的大小。
二、工艺参数优化搅拌摩擦焊的工艺参数包括搅拌速度、旋转速度、轴向力等。
这些参数的选择会直接影响焊接接头的质量。
工艺参数的优化需要在实验和理论分析的基础上进行，确保焊接的质量和稳定性。
2.1 搅拌速度搅拌速度是指焊接头部的搅拌工具在摩擦接触表面上旋转的速度。
适当的搅拌速度可以有效地加热金属材料，在搅拌摩擦焊过程中实现金属材料的塑性变形，从而实现高质量的焊接接头。
2.2 旋转速度旋转速度是指焊接头部的旋转速度，它直接影响着热量的均匀分布和焊接接头的成型。
通过调节旋转速度，可以控制焊接接头的形状和尺寸，确保焊接接头的质量。
2.3 轴向力轴向力是指焊接头部对工件施加的轴向压力。
适当的轴向力可以保证焊接接头的紧密性和稳定性，同时避免因过大的轴向力导致焊接区域的变形和破坏。
三、工艺参数控制在实际的搅拌摩擦焊过程中，工艺参数的控制是确保焊接质量的关键。
通过合理的监测和控制，可以实现焊接接头的高质量和稳定性。
3.1 温度监测搅拌摩擦焊过程中的温度对焊接质量有着直接的影响。
2024-T3铝合金搅拌摩擦连接接头力学性能研究
2024-T3铝合金搅拌摩擦连接接头力学性能研究陈思彪;左敦稳;孙玉利;吉玲;邓永芳【摘要】以搅拌头旋转速度和连接速度为变量,设计了9组不同的连接参数,对3mm厚2024-T3铝合金进行搅拌摩擦连接试验,采用拉伸试验和小孔切割应力释放法测量了连接接头的抗拉强度和上下表面纵向残余应力.结果表明,接头上表面纵向残余应力均呈“M”型分布,下表面均呈倒“V”型分布;随着搅拌头旋转速度和连接速度的增大,接头的抗拉强度及延伸率先增大后减小,上表面前进侧、后退侧和下表面的纵向残余应力峰值先减小后增大;搅拌头旋转速度对接头抗拉强度及纵向残余应力峰值的影响要比连接速度大;当搅拌头旋转速度1 050r/min,连接速度200 mm/min时,接头的抗拉强度最大,达到母材强度的81.2％,接头上表面前进侧、后退侧和下表面的纵向残余应力峰值最低.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2016(045)001【总页数】5页(P6-10)【关键词】2024铝合金;搅拌摩擦连接;抗拉强度;纵向残余应力;小孔切割应力释放法【作者】陈思彪;左敦稳;孙玉利;吉玲;邓永芳【作者单位】南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016;南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016;南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016;南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016;南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TH132.22024铝合金是2XXX系列合金中最具代表性的硬铝材料之一，具有优良的导电、导热及耐腐蚀等一系列性能优点[1]，因此在航空航天、建筑、机械、交通、化学等领域得到了广泛的应用，但是用常规的熔焊方法难以进行连接。
搅拌摩擦连接技术(Friction stir Joining，FSJ)是1991年由英国焊接研究所(The Welding Institute，TWI)发明的一种新型固相连接技术，它突破了所有传统熔化焊接需要将材料熔化及添加焊丝等技术局限性，成功解决了2024铝合金这类难焊材料的连接问题，具有接头缺陷少、质量高、残余应力及变形小及节能环保等众多优点，因此在发明至今的短短二十几年间，受到了前所未有的高度关注，并在实际工业生产中得到了广泛应用[2-3]。
《高强铝合金搅拌摩擦焊接机理及接头性能调控》范文
《高强铝合金搅拌摩擦焊接机理及接头性能调控》篇一一、引言高强铝合金作为一种重要的工程材料，在航空、航天、汽车及轨道交通等领域得到广泛应用。
由于具有优良的机械性能和耐腐蚀性，其连接技术的开发对于满足实际应用的需求显得尤为重要。
搅拌摩擦焊接（Friction Stir Welding, FSW）作为一种固相连接技术，因其独特的焊接过程和良好的接头性能，在高强铝合金的连接中得到了广泛的应用。
本文将重点探讨高强铝合金搅拌摩擦焊接的机理以及接头性能的调控方法。
二、高强铝合金搅拌摩擦焊接机理搅拌摩擦焊接是一种通过摩擦热和塑性变形实现固态金属连接的工艺。
其基本原理是通过一个非消耗性的搅拌头在工件中旋转并移动，产生大量的摩擦热，使工件材料达到热塑性状态。
然后，通过搅拌头的移动，将塑性材料从前方推向后方，完成焊接过程。
在高强铝合金的搅拌摩擦焊接过程中，焊接接头的形成主要涉及以下几个步骤：1. 初始阶段：搅拌头插入工件，产生强烈的摩擦热，使接触面附近的材料达到热塑性状态。
2. 塑化阶段：随着搅拌头的旋转和移动，工件材料在热和力的作用下发生塑性化，形成连续的焊缝。
3. 填充阶段：塑性化的材料在搅拌头的作用下，从前方被推向后方，填充焊缝。
4. 冷却固化：随着焊接过程的进行，焊缝材料逐渐冷却固化，形成牢固的焊接接头。
三、接头性能调控为了获得具有优良性能的焊接接头，需要对焊接过程中的各种参数进行精确控制。
这些参数包括搅拌头的形状和尺寸、焊接速度、旋转速度、以及焊接压力等。
此外，通过优化焊接后的热处理工艺，也可以进一步提高接头的性能。
1. 搅拌头的设计与选择：搅拌头的形状和尺寸对焊接接头的性能有着重要影响。
合理的搅拌头设计可以有效地传递热量和力，使工件材料在焊接过程中达到理想的塑化状态。
2. 焊接速度与旋转速度的控制：焊接速度和旋转速度是影响焊接过程的重要因素。
适当的焊接速度和旋转速度可以保证工件材料在热和力的作用下达到理想的塑化状态，从而形成高质量的焊缝。
搅拌摩擦搭接焊界面成形机制及影响因素
金属由后退侧向前进侧流动；在厚
搭接接头的承载部位主要在搭 性能结果如表１所示。
度方向上，前进侧方向下板金属向上 接界面上，因此搭接界面成形的好坏
不同搅拌针长度焊接得到的搭
流动进入上板，与母材形成明显的分 直接影响着接头性能。界面畸变的 接接头横截面的宏观形貌如图５所
存在减小了焊 示。对比各图可以看出宏观形貌中
型，试样就会沿 搭接面撕裂（除 去未焊合所造 成的原因）；如 果界面畸变作 为主要失效类 型，试样则会沿
焊接形式对界面成形的影响
通常条件下，焊接形式为单道焊 接，则焊缝前进侧和后退侧分布明 显，因而不同区域的界面成形情况只 能通过搅拌头形貌或焊接条件的改 变而改变。但是改变焊接形式也可 以改变搭接接头的界面成形情况。 图７显示了不同焊接条件下的焊缝 表面成形情况。由图可知在单道焊 情况下，焊缝表面成形较为粗糙，且 有凸起的固态颗粒分布，而焊缝表面 由于热输入的关系形成了焊接花纹， 如图７（ａ）所示。而在原焊缝上进行 重叠二次焊接时，由于下压量增大 （见表２），而且材料表面包铝层已经 被第一道焊缝破坏，因此二次焊接焊 缝成形非常光滑。图７（ｃ）表示的也 是在原焊缝上进行二次焊接，但焊接 中心间距为２ｒａｍ，与图７（ｂ）相似， 二次焊焊缝表面成形光滑。
双焊缝，焊缝后退侧相对。 间隔２ｒａｍ
１０．８３
０．２９０
第二道焊缝的前进侧
样的拉伸剪切力比
Ａ试样要低１．５ｋＮ，
这主要由于二次焊
接使得焊缝热输入
过大，从而导致焊缝
晶粒粗大，热影响区
不稳定所致。Ｃ试
样与Ｂ试样相似，
但由于两条焊缝有
２ｍｍ的间距，从而
增大了搭接面积，因
此拉伸剪切力要比
Ｂ试样高ｌｋＮ左右。
双面搅拌摩擦点焊搅拌摩擦点焊剪切力工艺参数论文(精)
双面搅拌摩擦点焊设备及点焊工艺实验研究【摘要】随着铝镁合金在汽车制造业中应用的不断增加,传统的电阻点焊(Resistance Spot Welding,RSW)已不能满足这些低熔点合金的连接,由搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)演变而来的搅拌摩擦点焊(Friction Stir Spot Welding,FSSW)弥补了电阻点焊的不足,成为轻金属连接的新工艺。
本文在参考现有的搅拌摩擦点焊设备的基础上,根据双面搅拌摩擦点焊的原理,对双面搅拌摩擦点焊试验机结构做了整体设计,并对旋转主轴系统、Z轴进给系统、电机、导轨、丝杠进行了详细的计算,设计与选择。
在Solidworks三维软件中造型及装配,并且制造出了一台满足实验要求的双面搅拌摩擦点焊实验样机。
以2mm厚5052铝合金的双面搅拌摩擦点焊作为研究对象,设计了四因素四水平的正交实验法、单因数实验法,着重研究搅拌头旋转速度、焊接进给量、焊接进给速度及焊接停留时间对点焊接头断面形貌和力学性能的影响。
获得以下主要结论:(1)分析四因素四水平的实验结果可知:搅拌头旋转速度是影响焊点剪切力的四个因素中最主要的因素,其次为进给量、焊接停留时间,最后是焊接进给速度。
(2... 更多还原【Abstract】 With the aluminum-magnesium alloy applicationsin the automotive manufacturing industry continues to increase, the traditional resistance spot welding (RSW) does not satisfy the connectivity of these low melting point alloy by frictionstir welding (FSW)evolved from friction stir spot welding (FSSW) to make up for the lack of resistance spot welding, a new technology of light metal connections.In this paper, reference to an existing friction stir spot welding equipment based on the principle of ... 更多还原【关键词】双面搅拌摩擦点焊；搅拌摩擦点焊；剪切力；工艺参数；【Key words】double-sided friction stir spot welding；friction stir spot welding；static strength；process parameters；摘要4-5Abstract 5第1章绪论9-201.1 课题来源与背景91.2 固态连接技术的发展现状9-121.2.1 搅拌摩擦焊9-101.2.2 搅拌摩擦焊的工艺特点10-111.2.3 搅拌摩擦点焊11-121.3 搅拌摩擦点焊方法12-151.3.1 日本搅拌摩擦点焊技术的研究121.3.2 德国搅拌摩擦点焊技术的研究12-131.3.3 我国搅拌摩擦点焊技术的发展13-151.4 搅拌摩擦点焊研究现状15-191.4.1 点焊工艺参数的研究151.4.2 点焊接头微观组织的研究15-181.4.3 点焊接头力学性能的研究18-191.5 本文的主要研究任务19-20第2章双面搅拌摩擦点焊设备的设计20-482.1 双面搅拌摩擦点焊原理介绍20-212.2 双面搅拌摩擦点焊试验机的整体方案设计21-232.2.1 双面搅拌摩擦点焊试验机的组成部份212.2.2 双面搅拌摩擦点焊试验机的组成部份21-222.2.3 相关参数及要求222.2.4 焊接工作流程22-232.3 双面搅拌摩擦点焊搅拌头的设计23-252.3.1 搅拌头材料的选择232.3.2 搅拌头形状及尺寸的设计23-252.4 点焊夹具结构设计25-272.4.1 焊接工装的作用252.4.2 夹紧装置的组成25-262.4.3 夹紧装置的基本要求262.4.4 夹紧力方向的选择262.4.5 夹紧力作用点的选择26-272.4.6 双面搅拌摩擦点焊夹具设计方案272.5 旋转主轴系统机构的设计27-372.5.1 变频电机的选择27-292.5.2 传动方式的选择29-302.5.3 同步带传动设计30-332.5.4 搅拌头夹持装置的选择33-342.5.5 旋转主轴的设计34-372.6 主轴进给传动系统（Z 轴）的设计37-462.6.1 伺服电机的选择37-382.6.2 导轨的选型与计算38-402.6.3 滚珠丝杠螺母副的选型与计算40-462.6.4 联轴器的选择462.6.5 主轴进给系统的装配462.7 机架的设计46-472.8 双面搅拌摩擦点焊机的装配47-48第3章实验材料与内容48-533.1 实验材料483.2 实验设备48-503.3 实验内容50-533.3.1 正交实验50-513.3.2 单因素实验513.3.3 拉伸实验513.3.4 接头形貌分析51-53第4章双面搅拌摩擦点焊实验结果与分析53-654.1 最佳焊接工艺参数的选择53-544.2 单因素对双面搅拌摩擦点焊接头力学性能的影响54-644.2.1 搅拌头旋转速度对接头力学性能的影响54-574.2.2 焊接停留时间对接头力学性能的影响57-594.2.3 进给量对接头力学性能的影响59-624.2.4 焊接进给速度对接头力学性能的影响62-644.3 本章小结64-65第5章总结、创新与展望65-675.1 总结655.2 展望65-67参考文献。
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第21卷第5期2007年10月 江苏科技大学学报(自然科学版)Journal of J iangsu University of Science and Technol ogy(Natural Science Editi on)Vo1121No15Oct.2007文章编号:1673-4807(2007)05-0036-04旋转速度对复合搅拌摩擦点焊接头成形及抗剪力的影响付 娟,赵 勇,严 铿,蒋成禹(江苏科技大学先进焊接技术省级重点实验室,江苏镇江212003)摘 要:采用复合搅拌摩擦点焊的方法对2mmLF21铝合金薄板进行焊接,测试了不同旋转速度下的焊接接头的抗剪力,并观察和分析了点焊接头的成形及微观组织。
结果表明:当其他参数一定时,接头的抗剪力在旋转速度为1200r/m in时达到最大值3147k N,同时得到表面光亮、成形美观的焊点;显微试验结果表明复合搅拌摩擦点焊接头塑性环区和热机械影响区均发生了强烈的金属塑性流动,其中塑性环区的晶粒尺寸细小、组织致密。
关键词:铝合金;复合搅拌摩擦点焊;旋转速度;抗剪力中图分类号:TG457114 文献标识码:AI nfluence of Rot ary Speed on Forma ti on and S hear i n g Resist ance of A l2a lloyJo i n t i n Fr i cti on Sti r SpotW eld i n g w ith Com2sti r TMFU Juan,ZHAO Yong,YAN Keng,J IANG Chengyu(Pr ovincial Key Lab of Advanced W elding Technol ogy,J iangsu University of Science and Technol ogy,Zhenjiang J iangsu212003,China)Abstract:The fricti on stir s pot welding with com2stir T M is adop ted t o make lap j oints on the thin alu m inu m all oy board LF21with a thickness of2mm.The shearing resistance was tested at different r otary s peeds.The f or mati on and the m icr ostructure were observed and analyzed.Ex peri m ental results show that when the r otary s peed rea2 ches1200r/m in,the maxi m u m shearing resistance of the j oint can be realized,about3147k N,if other para me2 ters re main constant.A t the sa me ti m e,the j oint surface will be bright and beautiful at this r otary s peed.The metall ographic structure sho ws that the metal fl ows intensively in the stirred z one and the T MAZ area,in which the grain size is m inute and the structure is compact.Key words:alu m inu m all oy;com2stir T M fricti on stir s pot welding;r otary s peed;shearing resistance0 引 言在汽车、列车及其他的交通设备中,为了得到轻量化的结构,铝合金得到了越来越广泛的运用。
铝合金薄板的搭接接头主要采用电阻点焊。
电阻点焊法是用铜合金电极接触焊接物件,通过数万安培以上的收稿日期:2007-05-18基金项目:江苏省自然科学基金(BK2005055)通讯作者:严 铿(1961-),男,上海人,教授,主要研究方向为焊接工艺、搅拌摩擦焊。
电流,利用电阻热使板与板之间的界面熔融成一体[1]。
但铝合金电阻点焊存在电极表面损耗快、效率低、工作环境恶劣等缺点。
国内外学者为了改进电阻点焊带来的一系列缺陷,在搅拌摩擦焊的基础上提出了高效、清洁、节能的点焊新技术———搅拌摩擦点焊,用于取代铝合金的电阻点焊。
搅拌摩擦点焊具有很多电阻点焊不可比的优点,国内外专家学者发明了许多搅拌摩擦点焊的方法,如日本的直插式,德国的复合挤压式,英国的回抽式以及T W I 的Tho mas 等人提出的复合搅拌(Co m 2stir T M )式[2]。
这些方法都有其不同的优缺点,在焊点接头性能、工艺复杂性、设备等方面都不相同。
本文针对2mm LF21铝合金薄板,进行了复合搅拌摩擦点焊工艺实验,接头的拉伸实验及金相实验,研究了不同旋转速度v 对点焊接头成形和抗剪力F 的影响。
1 实验材料及方法表1 LF21铝合金化学成分Tab .1 Che m ical co mpositi ons of LF21alu m inu m all oy 化学成分(w /%)Cu Mg MnFe Si Zn Ti其他杂质A l 0120105110～11601701601101150105 011余量111 实验材料本次实验所用的材料为2mm LF21铝合金,其化学成分见表1。
112 实验方法搅拌摩擦点焊的基本原理是使带有探针的搅拌头首先以一定的旋转速度旋转插入上层的试板,在下层试板的下面用垫板来支撑施于搅拌头向下的顶锻力。
搅拌头旋转一定的时间以产生足够的摩擦热,同时在这段时间内向下的顶锻力仍然存在,在这一过程中,探针周围的金属由于摩擦热软化形成塑性流。
在搅拌头从材料中撤出以后,便在两块试板之间产生的塑性流区域形成焊点。
搅拌摩擦点焊焊接工艺流程图如图1所示。
所谓复合搅拌摩擦点焊就是在搅拌摩擦点焊的基础上,搅拌头在完全插入待焊试板后同时绕着轴以指定的轨迹移动[3-4]。
本次复合搅拌摩擦点焊实验搅拌头的运动轨迹如图2所示。
图1 搅拌摩擦点焊焊接工艺流程图Fig .1 Sche matic illustrati on of FSS W 图2 复合搅拌摩擦点焊焊接路径例图Fig .2 Illustrati on of co m 2stir T M FSS W weld path 在焊好的试板上取3～4个试样作为剪切试样,试样的截取依照标准G B2649进行,在C MT5205微机控制电子万能试验机上进行拉伸实验,同时在金相显微镜下,对复合搅拌摩擦点焊接头的不同部位的组织进行观察和分析。
2 实验结果与分析211 旋转速度对焊点成形的影响在其他焊接参数不变的条件下,改变v (600～2500r/m in ),结果表明:在v 为600r/m in 时,焊点表面颜色暗淡、毛糙,成形不好,这是由于搅拌摩擦点焊过程的热量主要来自于搅拌头轴肩与被焊材料之间的摩擦热,当转速较低时,由摩擦产生的热量较小,焊接过程中输入的热量不足,所以焊点表面毛糙,成形不好。
随着v 的增加,当达到1200r/m in 时,焊点表面光亮,成形美观,说明此时热输入量充足。
继续增加v 到2500r/m in 时,虽然焊点的成形较为良好,但焊点表面较暗、不光滑,这主要是转速过快,由摩擦产生的热量过大所致。
搅拌头采用不同v 时焊点成形如图3所示。
73第5期 付 娟等:旋转速度对复合搅拌摩擦点焊接头成形及抗剪力的影响a )v =600r/min b )v =1200r/min c )v =2500r/m in图3 LF21铝合金复合搅拌摩擦点焊外观成形Fig .3 For mati on of LF21A l 2all oy j oint by co m 2stir T M FSS W212 旋转速度对接头抗剪力的影响图4 接头抗剪力与旋转速度之间的关系Fig .4 Relati on of shearing resistance with r otary s peed 从图4可以看出,当下压速度为240mm /m in,下压量为314mm,复合旋转半径R =1mm 、r =015mm,停留时间为2s时,点焊接头的F 随着v 的升高而增大,当v 为1200r/m in时,接头的F 达到最大值3147k N;当v 进一步提高时,焊接接头的F 降低。
在焊接过程中,热输入量的大小取决于搅拌焊头肩部的半径、压力、摩擦系数及转速[5]。
当采用某一搅拌头焊接时,其肩部直径为定值,如压力在焊接过程中也保持不变,则焊接的热输入量仅取决于转速。
只有焊接热输入量适当,即转速选择的合适时,才能获得质量良好的焊接接头。
本实验中,当v 低于1200r/m in 时,其热输入量不足以使焊接区金属达到热塑性状态,因而成形不好,接头抗剪力不高。
随着v 增加,焊接热输入量趋于合理,接头质量较好。
但是,v 过高会使热输入量过大,导致金属材料发生动态再结晶,加上热量过大还会使热影响区发生过时效引起软化,从而使接头的抗剪力降低。
由此可知,当下压速度为240mm /m in,下压量为314mm,复合旋转半径R =1mm 、r =015mm,停留时间为2s 时,v 存在一个最佳值,即为1200r/m in,焊点的表面成形良好,接头的抗剪力达到最大。
213 金相实验结果图5 LF21铝合金复合搅拌摩擦点焊接头宏观形貌Fig .5 Macr oscopic structure of LF21A l 2all oyj oint by co m 2stir T M FSS W 复合搅拌摩擦点焊焊点接头主要包括四个区域:塑性环区域(或焊核区),热机械影响区域,热影响区和母材区域,其中塑性环区是围绕着搅拌头探针旋转发生强烈塑性流动的区域,塑性环的大小和组织的致密程度是决定搅拌摩擦点焊接头抗剪力的重要因素。
复合搅拌摩擦点焊接头的宏观形貌如图5所示,接头不同区域的显微组织形貌见图6。
图6a )是搅拌头探针周围塑性环区(A )的金相照片,从图中明显可以看出在塑性环区内,金属在带有螺纹的探针的搅拌下发生了强烈的塑性流动,同时搅拌头轴肩与上层母材的摩擦产生大量的热量,在摩擦热和金属塑性变形热的共同作用下,塑性环区的组织发生再结晶,同时剧烈的搅拌作用使金属的晶粒破碎,所以该区域的晶粒尺寸细小、组织致密。