搅拌摩擦焊在铝合金船舶上的应用

使用传统铝合金焊接技术，因铝合金材料的特性，在高温下熔化，冷却后产生变形，而薄板焊接较大的变形很难校平。搅拌摩擦焊是一种新型纯机械化固相连接技术，其焊接后变形小、质量稳定、力学性能好。介绍搅拌摩擦焊的基本原理和国外的应用状况，与铝合金传统的金属焊条惰性气体焊（MTG）和钨极惰性气体焊（TIG）进行比较，分析搅拌摩擦焊应用的经济性。     

2219铝合金全焊透搅拌摩擦焊接试验

以2219铝合金为研究对象进行全焊透搅拌摩擦焊试验,通过射线探伤和根部着色的方法验证三类全焊透工艺的有效性,并对搅拌摩擦焊试验结果进行力学性能试验和金相试验,对比三类全焊透搅拌摩擦焊焊缝力学性能的差异。通过试验可知背部垫板型搅拌摩擦焊接是最适合实际生产的全焊透焊接工艺。     

新型船舶焊接技术——搅拌摩擦焊的原理与应用

搅拌摩擦焊是英国焊接研究所在20世纪90年代发明的一种新型焊接技术,它是一种固相连接技术,即可以通过不融化母材和焊材而进行联结。搅拌摩擦焊克服了以往熔焊的诸如气孔、裂纹、变形等缺点,连接工艺简单,接头质量好,有较好的工艺适应性。现已开始应用在船舶、航天、高速火车等领域。在造船领域,搅拌摩擦焊主要用于制造带筋板,国内已有船厂采用了此种技术。本文主要介绍搅拌摩擦焊的原理、特点、应用情况及目前使用中存在的问题。     

2024-T3薄板搅拌摩擦焊搭接界面成型及接头性能

采用搅拌摩擦焊，以三爪型搅拌头通过单、双道焊工艺，在相同的焊接参数下对包含或去除包铝层的2024-T3薄板铝合金进行搭接焊接．以包铝层为示踪材料，应用光学显微镜观察搭接接头宏观金相，研究了金属材料流动情况，观察原断裂位置，在上板前进侧发现了界面畸变．通过拉伸-剪切力测试，比较了接头性能．实验结果表明：采用双道焊（前进侧相对）工艺，可增大搭接界面宽度，减小或去除上板前进侧界面畸变的影响，提高搭接接头性能．     

造船焊接新方法--搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊是利用1种特殊形式的搅拌头边旋转边前进,通过搅拌头与工件的摩擦产生热量,摩擦热使该部位金属处于热塑性状态,并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动,从而使待焊件压焊为1个整体。它可以焊接所有牌号的铝合金以及焊接用熔焊方法难以焊接的材料,并突破了普通摩擦焊对轴类零件的限制。     

焊接方法对6061铝合金接头性能影响的研究

针对6061铝合金采用TIG、MIG和FSW的焊接方法所得到的焊接接头性能进行试验研究,测试了3种方法得到的焊接接头的抗拉强度σb和延伸率δ,并对接头的微观组织和断口形貌进行了观察和分析,结果表明:搅拌摩擦焊接头的综合力学性能最好,MIG焊的接头强度要高于TIG焊接头的强度;搅拌摩擦焊接头的组织比母材细小,而熔化焊接头的晶粒中弥散着大量的析出相质点;TIG焊试样断口的韧窝比较浅,在韧窝附近有类似于准解理断裂的光滑平台,而MIG焊试样断口的韧窝也要比TIG焊试样断口的韧窝深,而FSW焊缝区的断口的韧窝尺寸要比TIG焊接头的韧窝小而深,许多小韧窝集聚成尺寸较大的韧窝。     

基于搅拌摩擦焊的船体焊缝Matlab分析

焊接工艺的不断进步和发展,为促进船舶制造业的繁荣兴盛发挥了重要作用。焊接工件质量问题是船舶安全中的重点问题。在本文中,针对搅拌摩擦焊工艺技术进行研究,分别介绍搅拌摩擦焊的工作原理及其特点,分析搅拌摩擦焊的焊缝缺陷产生的原因,并提出基于搅拌摩擦焊的船体焊缝Matlab分析方法。首先使用Matlab的小波分析工具箱对焊缝缺陷图像进行降噪与特征提取;然后使用LS-SVMlab Toolbox进行分类识别分析。实验结果表明,Matlab相关工具箱可对焊缝缺陷进行有效分析,能够取得较为理想的检测结果。     

惯性摩擦焊接头温度场实验研究

通过实验测定了惯性摩擦焊旋转端及移动端试样的温度场分布规律,结果表明,惯性摩擦焊高速旋转端试样与移动端试样各测温点的温度变化趋势相同,在焊接过程的初始阶段,试样端部温度急剧升高,远离摩擦面部位则主要依靠热传导达到峰值温度;由于高速旋转试样与周围空气的强烈热对流效应,使得其各特征点的温度明显低于移动端相应特征点,其中,靠近焊接端面的温差较大,而远离端面的温度差异则逐渐减小.     

铝合金薄板搅拌摩擦焊技术研究通过鉴定

由我校严铿副教授主持的“铝合金薄板搅拌摩擦焊技术研究”项目日前通过了由江苏省教育厅主持的科学技术成果鉴定。搅拌摩擦焊(FSW)是近年发展起来的一种固态塑化连接技术，该领域的研究在国内属于起步阶段，是一种高质量、低成本的“绿色焊接方法”，被誉为“革命性”的焊接技     

对接间隙对钽薄板TIG氦弧焊熔池形态影响的数值分析

为了研究焊接过程中对接间隙对熔池形态的影响，本文基于有限元分析软件ANSYS，针对钽薄板微间隙TIG氦弧焊接方法，用数值模拟的方法计算了钽薄板TIG氦弧对接焊过程中对接间隙存在时温度场的分布以及不同对接间隙时熔池表面形态的变化。分析了对接间隙的变化对熔池表面形状的影响，并对间隙存在时焊枪偏离焊缝中心的温度场进行了分析。计算了由于边缘效应和焊接热源有效作用范围带来的热传递效应不同时工件内温度场的分布。计算结果表明间隙的存在造成温度场分布不均，是熔池表面形态呈现椭圆形的一个决定性因素，这种影响随焊接时间的增加更为明显。研究结果对制定TIG焊工艺具有实际指导意义。     

搅拌摩擦焊在船用铝合金结构中的应用

介绍搅拌摩擦焊的原理及特点,根据铝合金作为造船材料的优点,分析船用铝合金采用搅拌摩擦焊的优势,探讨铝合金搅拌摩擦焊在船体结构中的应用,指出今后搅拌摩擦焊技术的研究重点将是对搅拌头进行改进与创新。     

响应面法模拟轴肩和搅拌针形状对铝合金搅拌摩擦的影响(英文)

The present paper discusses the modeling of tool geometry effects on the friction stir aluminum welds using response surface methodology. The friction stir welding tools were designed with different shoulder and tool probe geometries based on a design matrix. The matrix for the tool designing was made for three types of tools, based on three types of probes, with three levels each for defining the shoulder surface type and probe profile geometries. Then, the effects of tool shoulder and probe geometries on friction stirred aluminum welds were experimentally investigated with respect to weld strength, weld cross section area, grain size of weld and grain size of thermo-mechanically affected zone. These effects were modeled using multiple and response surface regression analysis. The response surface regression modeling were found to be appropriate for defining the friction stir weldment characteristics.     

LF21铝合金厚板搅拌摩擦焊接接头微观组织研究

针对14 mm厚的LF21铝合金,采用搅拌摩擦焊进行焊接,焊后对接头的宏观形貌、微观组织和接头不同区域的显微硬度进行分析.实验结果表明:在焊接速度v为200mm*min-1,转速ω为1200rad*min-1时,焊缝成型较美观,焊缝内部无空洞、裂纹等缺陷.显微组织观察发现焊核区的组织为再结晶等轴晶粒,晶粒明显细化;热机械影响区组织由原始母材细纤维组织转变为具有一定弧度的弯曲粗纤维组织;热影响区范围较窄,晶粒与母材相似,但出现了晶粒粗化现象.显微硬度实验发现,焊缝中层和上层的显微硬度较高,而下层较低.     

复合搅拌摩擦点焊接头的金属流动行为

研究了LF21铝合金在复合搅拌摩擦点焊时焊点金属的流动行为,并将复合搅拌摩擦点焊与直插式搅拌摩擦点焊的接头性能进行了对比。研究结果表明:LF21铝合金的复合搅拌摩擦点焊焊点的金相组织存在4个区域——母材区、热机械影响区、热影响区、塑性环区;与直插式搅拌摩擦点焊不同的是,在塑性环的边上形成了一个由复合搅拌形成的"耳朵形"区域,并且左右不对称,因此增加了塑性环的宽度;热机械影响区域与热影响区交接面的金属形成向上流动的塑性流,热影响区两侧金属的流动具有对称性,金属的流动行为类似于羽毛状;复合搅拌摩擦点焊焊点的剪切力比直插式搅拌摩擦点焊的提高了40%。     

搅拌工具轴肩和搅拌头轮廓对铝合金搅拌摩擦焊的影响一对比研究(英文)

In marine application,marine grade steel is generally used for haul and superstructures.However,aluminum has also become a good choice due to its lightweight qualities,while rusting of aluminum is minimal compared to steel.In this paper a study on friction stir welding of aluminum alloys was presented.The present investigation deals with the effects of different friction stir welding tool geometries on mechanical strength and the microstructure properties of aluminum alloy welds.Three distinct tool geometries with different types of shoulder and tool probe profiles were used in the investigation according to the design matrix.The effects of each tool shoulder and probe geometry on the weld was evaluated.It was also observed that the friction stir weld tool geometry has a significant effect on the weldment reinforcement,microhardness,and weld strength.     

铝合金表面状态对搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

研究了铝合金表面状态对搅拌摩擦焊焊接接头组织和性能的影响。试验结果表明:试板表面油污的存在使得焊接接头强度下降为母材的60%左右,同时显著降低接头的塑性;试板表面的氧化膜和油污还会造成焊核区及焊缝前进侧的残余间混结合线缺陷。对焊接接头拉伸断口进行扫描电镜观察发现:拉伸试样的断口中存在油污和A l2O3的聚集物,这些聚集物会成为拉伸时的裂纹源。断口和力学性能综合分析表明:铝合金表面的油污和氧化膜都会降低搅拌摩擦焊接头的强度和塑性。     

12毫米厚铝合金板的搅拌摩擦焊研究(英文)

Most of the investigations regarding friction stir welding(FSW)of aluminum alloy plates have been limited to about 5 to 6mm thick plates.In prior work conducted the various aspects concerning the process parameters and the FSW tool geometry were studied utilizing friction stir welding of 12 mm thick commercial grade aluminum alloy.Two different simple-tomanufacture tool geometries were used.The effect of varying welding parameters and dwell time of FSW tool on mechanical properties and weld quality was examined.It was observed that in order to achieve a defect free welding on such thick aluminum alloy plates,tool having trapezoidal pin geometry was suitable.Adequate tensile strength and ductility can be achieved utilizing a combination of high tool rotational speed of about 2000 r/min and low speed of welding around 28 mm/min.At very low and high dwell time the ductility of welded joints are reduced significantly.     

国外船舶焊接技术发展近况

焊接技术是船舶工业的关键技术之一.本文从焊接工艺、焊接设备和焊接质量控制等3方面介绍了近期国外发达国家在焊接技术上的发展.在焊接工艺方面介绍了激光 - 电弧混合焊接工艺和搅拌摩擦焊接工艺;在焊接设备方面介绍了目前美国使用的便携式脉冲气体保护焊系统和移动式激光电弧混合焊系统以及日本机器人技术在焊接设备上的应用;在焊接质量控制方面介绍了数字化检测技术和焊接变形预测和控制技术.     

单面双弧焊焊接温度场有限元数值模拟

利用软件ANSYS的参数化程序设计语言APDL对CO_2双弧焊进行三维动态、非线性温度场模拟分析,在程序设计中,结合实体模型,保持两电弧的工艺参数不变的情况下,通过改变两电弧之间的距离参数,实现了试件热影响区和近缝区的温度变化以及熔池温度梯度的模拟,模拟结果找出了CO_2双弧焊的双熔池形成条件。