伸缩式搅拌头厚铝板搅拌摩擦焊缺陷及其补焊工艺

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。

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%.

主要对塑料板的搅拌摩擦焊工艺进行了探索,研究了主要的工艺参数(包括搅拌头的形状、搅拌头的旋转速度、焊接速度、轴肩下压量和主轴倾角)对塑料焊缝成形的影响,并对焊后成形较好的试样进行了力学性能试验和焊缝横截面的宏观分析。结果表明,当工艺参数选择合适时,可以得到光滑、美观和无缺陷的焊缝,接头的抗拉强度可达到母材的90%以上。

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。

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。

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。

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。

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，

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。

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。

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用搅拌摩擦焊方法成功焊接了10mm厚的紫铜与低碳钢板,得到了内部无缺陷、外观成形良好的接头.紫铜位于搅拌摩擦焊返回边时,能使焊缝形成良好接头.反之,位于前进边时则有沟槽和未焊合等缺陷.右旋螺纹搅拌针会使焊缝材料向上作螺旋形运动,接头有明显的轴肩影响区,缺陷容易在焊缝底部出现.左旋螺纹搅拌针使搅拌针周围的塑化金属向下迁移,在焊缝下部形成明显的呈"洋葱环"形焊核区,缺陷容易在焊缝上部出现.搅拌针偏移量对焊缝形貌有较大影响.接头抗拉强度达233mpa,为铜母材强度的95%,断裂位置在铜侧热影响区.焊核区抗拉强度达296mpa,远超过紫铜母材的强度.

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。

采用3种规格的搅拌头进行2a70-t6铝合金t型接头搅拌摩擦焊试验,并对焊缝横截面进行观察以及焊缝抗拉强度的测试。结果表明:焊缝中前进侧过渡区的金属变化急剧,拉长的晶粒成流线状分布,返回侧过渡区的金属变化缓和,由焊核区细小晶粒缓慢过渡至母材较大的晶粒;随着搅拌针根部直径的增加,焊核的宽度也增大;为了获得无缺陷的接头,焊接速度增大时,顶锻压力必须协同增大,随着顶锻压力的增大,焊缝的抗拉强度也增大。

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。

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。

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。

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。

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.