搅拌摩擦焊接

摘要： 中国科学院金属研究所(简称金属所)搅拌摩擦焊接研究团队深耕搅拌摩擦焊接研究近20年,揭示了制约焊缝成形和力学性能的关键因素,突破了多项关键技术瓶颈,推动了我国搅拌摩擦焊接基础研究的发展,并达到国际先进水平。搅拌摩擦焊接研究团队隶属于金属所师昌绪先进材料创新中心,自成立以来,一直秉承金属所基础与应用并重的优良传统,学术水平和研发能力始终保持在国际前列,为我国重大装备的发展和性能大幅提升做出了重大贡献。

摘要： 锂是最轻的金属,将锂元素添加到铝合金中能够使铝合金的密度降低,刚度提升,这使得铝锂合金材料在航天器建造中有着极为广泛的应用,在航空航天工业制造中是备受青睐的新材料,近十几年来在航空金属材料领域发展极为迅速。同时铝锂合金搅拌摩擦焊接头也是目前学界公认的焊接铝合金的最佳工具。基于此,本文对铝锂合金搅拌摩擦焊接头的性能进行分析,深化铝锂合金搅拌摩擦焊接的理论研究,希望能对铝锂合金的应用起到参考作用。

摘要： 随着我国“碳达峰、碳中和”目标的提出和节能减排环保要求的不断提高,轻质材料(如铝/镁/钛合金、复合材料等)和以轻质材料为基础的异质材料(如铝-镁、铝-铜、铝-钛、铝-钢等)轻量化构件在航空航天、轨道交通、汽车和能源电力等领域的应用迅速增长,结构轻量化和结构-功能一体化设计与制造已成为制造业的重要发展方向。焊接是轻质材料构件和异质材料结构-功能一体化构件成形制造的关键技术之一。

摘要： 电池包壳体轻量化对于提升电池包能量密度有着重大意义。研究了以铝合金型材为主体结构的电池包壳体,对铝合金型材断面、搅拌摩擦焊接接头、连接工艺等方面进行了分析研究,并在成本、工艺性等方面进行综合比较,通过CAE对设计方案进行分析验证。合理的结构设计和连接方式可以有效地保证壳体整体强度,降低加工难度,使壳体减重,为电池包壳体的轻量化设计提供参考。

摘要： 为明确航空电子元件盒搅拌摩擦封装过程中的温度场分布,建立了相应的温度数值模型,并在此基础上研究了不同加工参数下温度场的变化规律。结果表明:盒体上整体温度存在累积效果,焊缝峰值温度随时间增加;搅拌摩擦封装热影响区和作用范围远小于激光焊接,峰值温度更低;相比搅拌摩擦平板对接,盒体封装热源不对称性更加明显、侧壁前进侧温度更高、变化梯度更小。

摘要： 利用Deform-3D软件对2219铝合金搅拌摩擦焊(FSW)的温度场和流场进行了数值分析.温度场的结果表明,混合头在焊接过程中的最高温度为410°C,不超过2219铝合金的熔点.总体温度分布在与肩部接触的表面处最高,并沿着工件的厚度方向降低.温度分布在前进侧和返回侧是不对称的,返回侧的温度要高于前进侧.流场结果表明:金属的整体流动呈漩涡状,工件表面的流速大于内部速度.当搅拌头的转速从20πrad·s-1增加到40πrad·s-1时,在搅拌头附近,特别是在工件的上表面附近流动趋势增强.

摘要： 为明确航空电子元件盒搅拌摩擦封装过程中的温度场分布,建立了相应的温度数值模型,并在此基础上研究了不同加工参数下温度场的变化规律.结果表明:盒体上整体温度存在累积效果,焊缝峰值温度随时间增加;搅拌摩擦封装热影响区和作用范围远小于激光焊接,峰值温度更低;相比搅拌摩擦平板对接,盒体封装热源不对称性更加明显、侧壁前进侧温度更高、变化梯度更小.

摘要： 采用新型超声振动辅助搅拌摩擦焊接设备实现了4 mm厚的2195铝锂合金轧制板的焊接,比较和分析了施加超声对焊缝宏观金相组织、显微硬度与接头拉伸性能的影响,研究了工艺参数对铝锂合金超声振动辅助搅拌摩擦焊缝成形及接头力学性能的影响规律.结果表明:在相同工艺参数条件下,施加超声振动能量能够改善2195铝锂合金搅拌摩擦焊接成形性,促使焊核区塑性材料流动增强,同时减少甚至消除常规搅拌摩擦焊接头内部的孔洞缺陷;在焊缝的上部及中部,由于超声的作用,焊核区的显微硬度得以提高,而焊缝底部变化不大;接头的断口均呈现出韧性断裂模式,施加超声振动能量后的接头的伸长率得以提高,其断口韧窝更加细小均匀;在所研究的工艺参数范围内,接头的最高抗拉强度为282.8 MPa,最大伸长率为11.5％.在转速为600 r/min,焊接速率为225 mm/min条件下,施加超声使接头抗拉强度提高了17.5 MPa,伸长率提高了3.7％.

摘要： 利用不同介质声阻抗不同的原理,借助探针优化了搅拌摩擦焊焊缝超声相控阵检测缺陷定位方法,缺陷定位精度可达1mm,并在航天运载火箭箱体搅拌摩擦焊焊缝上进行了运用.

摘要： 以AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头为研究对象,通过焊后退火处理的方法改善接头的组织和力学性能.实验结果表明:通过提高退火温度,使得AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头的延伸率出现先增加后降低的变化,当进行200°C退火时是接头的延伸率较大.采用200°C不同保温时间退火处理后发现保温时间为30 min接头的组织和性能较好,接头过渡区的组织分布更加均匀,并一定程度上增加该区域的宽度.

摘要： 搅拌摩擦焊接/加工是新型的固相加工技术,在铝合金、镁合金及其复合材料制造上有巨大的应用潜力;而冷喷涂是一种基于粉末高速碰撞沉积制备涂层或块体的另外一种新型固态成形工艺,在制备先进金属结构材料涂层或金属基复合材料涂层方面有巨大的前景;如果将两种先进技术复合起来,将产生更加突出的优势.本文主要讨论了两种先进工艺的不同复合方式及其在材料成形制造中的应用例子.

摘要： 对2219-T6铝合金进行搅拌摩擦焊接(FSW),并采用三点弯曲试验方法评价接头的弯曲性能和用扫描电镜观察接头的弯曲断口形貌.结果表明:正弯时拉应力作用于FSW焊缝上表面,压应力作用于下表面,表现出较好的塑性变形;背弯时受力相反,下表面中心线出现裂纹并沿焊核区与热机影响区之间的过渡区扩展.无缺陷FSW接头的最大弯曲力Fbb和抗弯强度σbb最大值分别为3.6 kN、503 MPa,以韧性断裂方式为主;而有缺陷FSW接头的Fbb和σbb分别仅为2.5 kN、395 MPa,以准解理断裂方式为主.

摘要： 本文分别在空气和强制冷却条件下对TC4钛合金板进行了搅拌摩擦焊接(Friction stir welding,FSW),对比研究了焊接接头的微观组织和力学性能.结果表明,FSW接头分为搅拌区、热机械影响区和母材区.母材区为热轧退火后的初生α和β双相组织.空气条件下焊接,搅拌区为α+β片层结构,组织转变主要为β相转变为片层α+β两相,热机械影响区为等轴晶α和α+β片层的双态组织,组织转变受动态再结晶和相变共同作用.强制冷却条件下焊接,搅拌区为针状马氏体,组织转变主要为马氏体相变.与空气条件下接头相比,强制冷却条件下的FSW接头显微硬度明显提高.

摘要： 本文对Cr-Mn-Mo-N系高氮奥氏体不锈钢进行搅拌摩擦焊接,在同一焊接速度(100mm/min)、不同搅拌头转速(400r/min、500r/min和600r/min)下,焊缝均无明显的沟槽、孔洞等表面缺陷,焊核区氮含量与母材基本相同.转速为400r/min时焊接接头无内部缺陷,而转速增加到500r/min和600r/min时,焊核区分别形成了裂纹及裂纹和孔洞复合缺陷.焊核区的晶粒得到明显细化,热影响区的晶粒未发生明显长大.母材区的位错密度较低,而焊核区的位错密度均较高,焊接过程中动态再结晶不完全.焊核区的平均硬度明显高于母材,且随搅拌头转速的增加,焊核区硬度略微降低.在转速为400r/min和500r/min时,焊接件的屈服强度和抗拉强度都高于母材;600r/min的焊接件拉伸强度和伸长率均较低,发生脆性断裂.焊核区的点蚀电位(Eb,10)略低于母材,晶间腐蚀敏感度(Ir/Ia值)略高于母材,且随转速的增加,Eb,10逐渐降低,Ir/Ia值逐渐增大,表明焊核区耐点腐蚀和晶间腐蚀性均低于母材,且随转速提高而降低.

摘要： 建立6061-T6铝合金搅拌摩擦焊接计算流体力学模型,并研究多种焊接速度工况下,搅拌头附近区域的压力分布,计算了搅拌头受力和在焊接过程中的应力变化.结果与已有文献对比验证了模型的正确性与精确度.计算结果表明,搅拌头受力由轴肩表面阻力、搅拌针上压力和搅拌针底部摩擦阻力共同组成.搅拌头所受合力随焊接速度的增大而增大,轴肩对合力贡献率最高,平均达86.8％,搅拌针上阻力对于合力的贡献率随焊速增大而增大.搅拌针端部截面应力值最高,且随焊速增大应力幅值上升.

摘要： 本文采用焊接速度40mm/min，旋转速度1100rpm的工艺对5. 9mm厚的7A55铝合金板材进行搅拌摩擦焊接，通过硬度测试、室温拉伸性能测试、腐蚀浸泡等方法研究了焊接头的力学性能、耐蚀性能，利用金相显微镜、扫描电镜对焊接头的微观组织进行了表征。

摘要： 组织分析是研究焊接接头不同区域组织性能及焊接缺陷的主要方法.本文针对7050铝合金搅拌摩擦焊接头,给出各组织特征区的定义,并对各特征区的组织状态、晶粒大小、沉淀强化相分布等进行深入的分析.为同材质的铝合金搅拌摩擦焊接头的综合性能评估提供更好的依据.

摘要： 对14mm厚板铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头焊核区微观组织、整体和分层切片力学性能进行了研究.结果表明,当旋转速度为400r/min,焊接速度为60-100mm/min时,接头抗拉强度δb、屈服强度δα2和延伸率δ随焊速的升高而降低.焊缝分层切片的δb,δα2和δ上部最高,分别达到了186.7MPa,100.3MPa和14.1％;下部最低,分别为为157.5MPa,80.2MPa和10.1％.微观断口中存在大量的网状韧窝,切片上部韧窝最深,焊缝根部可见沿晶界的二次裂纹和浅韧窝.显微硬度分布为焊缝上部高于下部,沿焊缝中心呈不对称分布.焊核区上部等轴再结晶晶粒尺寸大于焊缝下部.焊核区上部的第二相粒子相对下部更均匀和细小,强化作用增强.

摘要： 试验研究了3.5mm厚铝合金5083-H321搅拌摩擦焊工艺,分析了焊接参数对焊缝成型、力学性能和金相组织的影响.结果表明,5083-H321铝合金具有良好的搅拌摩擦焊接性能,采用优化的工艺参数可以使焊接接头的抗拉强度达到母材的93.6％,正弯和背弯角度均可达到180°.

摘要： 文中对铝合金搅拌摩擦焊进行介绍，并就其主要研发方向进行介绍，涉及微观组织表征、连接机理、超塑性机制等；各种材料焊接性、工艺及综合性能试验评估；各类产品结构搅拌摩擦焊应用技术；新型搅拌摩擦焊方法研究(塞焊、点焊、双轴肩、静轴肩、无针、复合焊等)；搅拌摩擦焊衍生材料加工技术(材料改性制备、钎焊扩散焊、内孔道加工、挤压制丝等)；搅拌摩擦焊无损检验及质量评估等内容。

摘要： 本发明公开了一种摩擦搅拌焊接组件及摩擦搅拌焊接加工方法，其中，摩擦搅拌焊接加工方法包括：提供一摩擦搅拌焊接组件，包含：二金属板件，每一金属板件具有一焊接区；以及一固定件，供置入二金属板件，使其局部位于二焊接区，以固定相邻叠置的二金属板件；其中，固定件的局部可借由摩擦搅拌焊接加工与二焊接区熔融；将二金属板件的二焊接区彼此相邻且相对叠置；将固定件置入二金属板件，且其局部触及二焊接区，使二金属板件相互固定；以及进行摩擦搅拌焊接加工，固定件的局部与二焊接区皆于摩擦搅拌焊接加工后熔融结合。

摘要： 本发明涉及一种用于焊接部件(7)的摩擦搅拌焊接工具(1)，所述摩擦搅拌焊接工具(1)具有销和被刚性地连接到所述销的肩部(3)，所述部件(7)由具有超过900°C的熔点的母体金属、特别是钢组成。根据本发明，为了即使是对于厚壁组件(7)、也实现所述工具的特别长的使用寿命，所述肩部(3)至少部分由第一材料组成，并且所述销至少部分由第二材料组成。本发明还涉及肩部(3)至少部分由第一材料组成，并且销至少部分由第二材料组成。本发明还涉及一种用于接合由具有超过900°C的熔化温度的一种或更多种母体金属组成的部件(7)的方法。

摘要： 本发明涉及一种管件摩擦搅拌焊接方法以及摩擦搅拌焊接机。主要是将两管材安装在旋转装置上，两管材之间的缝隙形成待焊接区，使用摩擦搅拌焊接机对待焊接区进行焊接，其中，摩擦搅拌焊接机的搅拌头包括主体以及设置在主体一端的第一轴肩，第一轴肩的一端设置有第一搅拌针，第一轴肩为圆柱形，第一搅拌针为圆柱形，第一轴肩的直径大于第一搅拌针的直径，第一轴肩与第一搅拌针之间采用直角过渡，通过第一搅拌针和第一轴肩的转动对待焊接区进行摩擦搅拌焊接，且在焊接过程中，第一轴肩伸入管材壁厚一定距离，且搅拌头的轴线与管材的横截面平行，搅拌头的轴线与水平面之间的夹角为85度到87度。本申请可有效保证管材焊接后，不易出现微小泄露等缺陷。

摘要： 本发明公开了一种摩擦搅拌焊接组件及摩擦搅拌焊接加工方法，其中，摩擦搅拌焊接加工方法包括：提供一摩擦搅拌焊接组件，包含：二金属板件，每一金属板件具有一焊接区；以及一固定件，供置入二金属板件，使其局部位于二焊接区，以固定相邻叠置的二金属板件；其中，固定件的局部可借由摩擦搅拌焊接加工与二焊接区熔融；将二金属板件的二焊接区彼此相邻且相对叠置；将固定件置入二金属板件，且其局部触及二焊接区，使二金属板件相互固定；以及进行摩擦搅拌焊接加工，固定件的局部与二焊接区皆于摩擦搅拌焊接加工后熔融结合。

摘要： 本发明涉及一种摩擦搅拌焊接用工具构件，其特征在于，其具备台肩部和从台肩部的上表面以同心状突设的探针部，其中，台肩部在其外周缘具备按照具有弯曲形状的方式进行了曲面加工的曲面加工部，由将从探针部的前端至曲面加工部为止围成的侧面区域的投影图求出的台肩部和探针部都不存在的二维空间所占的空间占有率为30～70％的范围内。另外，台肩角优选为‑15°～+15°的范围内。

摘要： 本发明公开了一种搅拌摩擦焊接工具和搅拌摩擦焊接装置，涉及搅拌摩擦焊接技术领域；该搅拌摩擦焊接工具用于与焊机配合，焊机包括机体和可转动地设置于机体的主轴，该工具具体包括：搅拌头和依次同轴设置且套设于搅拌针外侧的外筒、套筒以及静止轴肩；搅拌头包括夹持刀柄和搅拌针，夹持刀柄一端用于与主轴传动连接，另一端与搅拌针固定连接，用于在主轴驱动下带动搅拌针旋转扎入待焊材料；且夹持刀柄的材料为钢铁材料，搅拌针的材料为陶瓷或硬质合金材料；外筒远离套筒的一端与机体固定连接，静止轴肩用于抵持于待焊材料表面。该工具不仅能保证在焊接过程中具有较低的磨损量，还能简化加工过程，降低制造成本，避免材料浪费，提高工具的成品率。

摘要： 本发明公开了一种实现焊接界面温度高动态高精度测量的搅拌摩擦焊接工具头，包括由夹持区、过渡区和轴肩构成的工具头本体，轴肩的端面上安装有可拆卸的搅拌针，搅拌针的外周面以及轴肩的端面上均布置有多个阵列薄膜热电偶，阵列薄膜热电偶中均排布有n*n个薄膜热电偶；过渡区中嵌入有测温及无线通信集成装置，阵列薄膜热电偶通过补偿导线与测温及无线通信集成装置电连接，测温及无线通信集成装置电连接用于将传输过来的电信号转变成温度信号并通过无线的方式传输出去。本发明还公开了包含上述工具头地搅拌摩擦焊接装置。本发明的搅拌摩擦焊接工具头，能够实现焊接界面温度的高动态高精度测量，具有高实时性、非破坏性和长寿命的优点。

摘要： 本发明公开了一种一体化超声搅拌摩擦焊接刀柄及其超声搅拌摩擦焊接系统，一体化超声搅拌摩擦焊接刀柄包括刀柄本体、超声换能组件、变幅杆和搅拌工具。一种超声搅拌摩擦焊接系统，其包括上述一体化超声搅拌摩擦焊接刀柄、超声波发生器和分离式滑环。本发明在保持刀柄本体的外形尺寸不变的基础上，充分利用刀柄本体的内部空间来设置超声换能组件，能大幅度的缩短超声换能组件的传播途径，将超声能量直接作用于焊接区域，进而降低超声能量的损失，提高焊接效果；同时在变幅杆上一体成形有安装法兰，有效减少超声能量传递的损失和简化结构，进一步提高超声能量传递，另外通过通孔能方便对变幅杆和压电陶瓷片进行快速降温，确保长时间正常工作。

摘要： 本发明公开了一种搅拌摩擦焊接工具和搅拌摩擦焊接装置，该焊接工具包括搅拌头和驱动机构，搅拌头安装于焊接的夹具上，搅拌头的轴肩外部设有一块以上的刮板；焊接装置包括所述焊接工具、底板、一块以上的电磁铁和固定板、一个以上的固定环和压紧机构，固定环一左一右安装于底板上端，固定板均设置于固定环中，电磁铁和压紧机构之间均放有工件，工件通过电磁铁吸附及压紧机构压紧固定。本发明结构简单，通过转动的刮板能有效的刮去粘在轴肩上的金属，避免因粘连的金属过多而影响移动及将工件的表面刮花，并且在工件的一侧搅合后，无需拆卸工件，只需180°的旋转固定板，就能使工件另一侧的缝隙正对于搅拌头。

摘要： 本实用新型提供了一种静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具及搅拌摩擦焊接设备，涉及焊接设备领域。该静轴肩倾斜的搅拌摩擦焊接工具，其包括静轴肩和搅拌头，静轴肩具有中心孔，搅拌头的底部设置有搅拌针，静轴肩的轴线与搅拌针的轴线重合，搅拌针可旋转地设置于中心孔内；静轴肩的端面的至少一部分与搅拌头的轴线之间的夹角为钝角。该焊接工具能够保证在焊接过程中，既保证焊缝成形，又可避免搅拌针在非垂直扎入时承受额外弯矩，进而提高搅拌头使用寿命。而该焊接设备既可以保证焊缝良好成形，同时还可以避免搅拌针因倾斜而受到径向的弯矩，有效避免出现搅拌针发生弯曲变形的情况发生，整个焊接设备结构简单，易于加工。