铝合金搅拌摩擦焊接缺陷的研究进展

随着现代制造技术的不断进步，材料焊接技术也在不断发展。

搅拌摩擦焊作为一种新型的焊接方法，因其低能耗、无污染、高效率等优点而备受关注。

在工业界和学术界，对搅拌摩擦焊技术的研究也越来越深入。

一、搅拌摩擦焊简介1. 搅拌摩擦焊的原理和特点搅拌摩擦焊是一种无熔金属的固态焊接方法，通过机械搅拌和摩擦加热的方式将材料焊接在一起。

与传统的熔化焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有温度低、热影响区小、焊接变形小等优点。

2. 搅拌摩擦焊的应用领域搅拌摩擦焊技术已广泛应用于航空航天、汽车制造、铁路交通等领域，尤其在焊接铝合金、镁合金等轻金属材料方面具有独特优势。

二、搅拌摩擦焊镁铝异种材料研究现状1. 镁铝异种材料的特点镁铝异种材料因其密度低、强度高、耐腐蚀等特点，被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。

然而，由于镁铝材料的化学性质和熔点差异较大，传统的焊接方法往往难以实现良好的焊接效果。

2. 搅拌摩擦焊镁铝异种材料的研究现状为解决镁铝异种材料的焊接难题，学术界和工业界进行了大量的研究。

目前，搅拌摩擦焊镁铝异种材料的研究已取得了一定进展，但仍存在一些挑战。

3. 研究现状的主要问题（1）焊接接头的组织和性能不稳定，需要进一步优化工艺参数和焊接头形貌。

（2）搅拌摩擦焊镁铝材料的金属间化合物生成机理和影响因素尚不清楚，需要深入研究。

（3）焊接接头的力学性能、耐腐蚀性能等方面还需要进一步评估和提升。

三、未来研究方向1. 优化焊接工艺参数针对搅拌摩擦焊镁铝异种材料存在的问题，未来研究可以进一步优化焊接工艺参数，包括搅拌转速、下压力、焊接速度等，以获得更稳定的焊接接头组织和性能。

2. 深入研究金属间化合物形成机理金属间化合物的生成对搅拌摩擦焊接头的性能具有重要影响，未来的研究可以针对金属间化合物的形成机理和影响因素进行深入探讨，为优化焊接工艺提供理论依据。

3. 综合评价焊接接头性能未来的研究还可以从焊接接头的力学性能、耐腐蚀性能等方面进行综合评价，探索提升镁铝异种材料搅拌摩擦焊接头综合性能的途径。

●焊接技术●铝合金搅拌摩擦焊焊接缺陷分析张忠科，孙丙岩，王希靖，王丽（兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，甘肃兰州７３００５０）摘要：采用搅拌摩擦焊方法对６ｍｍ厚的２Ａ１２及３Ａ２１铝合金进行焊接。

对其焊接速度、旋转速度及压入量等工艺参数选择不当所产生的接头缺陷进行了分析；焊接缺陷的产生与焊接热输入及焊缝塑性金属的软化相关。

当热输入不足或者塑性金属的软化程度较差时都会导致焊接缺陷的形成。

关键词：搅拌摩擦焊；缺陷；２Ａ１２铝合金；３Ａ２１铝合金中图分类号：ＴＧ４５３文献标识码：Ａ文章编号：１００１－３８１４（２００６）１９－００１３－０２ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＷｅｌｄＤｅｆｅｃｔｏｆＦｒｉｃｔｉｏｎＳｔｉｒＷｅｌｄｉｎｇｏｆＡｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙＰｌａｔｅＺＨＡＮＧＺｈｏｎｇ－ｋｅ，ＳＵＮＢｉｎｇ－ｙａｎ，ＷＡＮＧＸｉ－ｊｉｎｇ，ＷＡＮＧｌｉ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂ．ｏｆＧａｎｓｕＡｄｖａｎｃｅｄＮｏｎ－ｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖ．ｏｆＴｅｃｈｎ．，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００５０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：２Ａ１２Ａｌａｎｄ３Ａ２１Ａｌａｌｌｏｙｉｎ６ｍｍｔｈｉｃｋｎｅｓｓｗａｓｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｗｅｌｄｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｗｅｌｄ．Ｔｈｅｒｅａｓｏｎｓｆｏｒｆｏｒｍｉｎｇｄｅｆｅｃｔｓ，ｗｅｌｄｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｒｏｔａｔｉｎｇｓｐｅｅｄａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｓｈｏｕｌｄｅｒ，ｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅｆｅｃｔｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｉｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｈｅａｔｉｎｐｕｔａｎｄｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙｍａｔｅｒｉａｌｆｌｏｗｉｎｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Ｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｈｅａｔｉｎｐｕｔｏｒｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙｍａｔｅｒｉａｌｓｏｆｔｅｎｉｎｇｗｉｌｌｒｅｓｕｌｔｉｎｔｈｅｊｏｉｎｔｄｅｆｅｃｔｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｗｅｌｄｉｎｇ（ＦＳＷ）；ｄｅｆｅｃｔ；２Ａ１２Ａｌａｌｌｏｙ；３Ａ２１Ａｌａｌｌｏｙ随着搅拌摩擦焊（ＦＳＷ）技术的推广，需要对其焊接工艺参数进行调整，以提高接头性能和焊接生产率；但工艺参数的调整会引起一些焊接问题，参数不当时会在接头中出现一些焊接缺陷。

铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究现状及展望随着现代工业的不断发展，钢、铝等金属材料越来越广泛地应用于航空航天、汽车、轮船、火车等领域，因此如何实现这些材料的高效连接成为了一个研究热点。

传统的焊接技术，如电弧焊、气体保护焊等，存在着成本高、工艺复杂、易污染等缺点。

而摩擦焊因其无污染、低成本、高效率等优点，受到了广泛关注。

然而，由于钢和铝之间存在严重的材料差异，铝-钢异种金属摩擦焊变得极具挑战性。

目前，针对铝-钢异种金属摩擦焊问题，研究者结合实验和模型仿真等手段进行了广泛的研究。

研究成果主要涉及以下几个方面：（1）难点问题：铝和钢两种材料在摩擦焊接过程中存在的差异性使得焊接过程非常困难，如界面反应、扭转瞬间的热变形、金属蒸发等问题都需要克服。

而传统的工艺参数无法适用于铝-钢异种金属摩擦焊的情况，因此需要针对性的工艺参数优化。

（2）优化工艺方法：研究者发现，在铝-钢异种金属搅拌摩擦焊中，采用混合力和无负荷起始工艺是一种优化的焊接方法。

混合力可以增加初始焊接质量，无负荷起始可以减小焊接过程中的不均匀性。

（3）材料界面特性：从焊缝的微观结构、硬度分布和断口形貌等方面研究铝和钢之间的界面特性，可以更深入地理解铝-钢异种金属摩擦焊的本质。

（4）金属熔深分析：采用热仿真实验和有限元模拟等手段，对铝-钢异种金属焊接时的金属熔深进行分析，可以为优化焊接工艺提供指导。

未来展望：（1）工艺参数寻优：针对铝-钢异种金属焊接，在工艺参数寻优方面还有待进一步探索，如利用人工智能等技术快速优化焊接参数。

（2）界面反应机理研究：界面反应是阻碍铝-钢异种金属焊接的重要因素，未来需要在深入研究其机理的基础上，开发新的界面调节材料和工艺方法。

（3）高强度焊接研究：针对铝-钢异种金属的高强度焊接需求，需要研究更高效、更稳定的工艺及材料组合。

总之，铝-钢异种金属搅拌摩擦焊是目前一个富有挑战的问题，但其优越性是显而易见的。

在未来的研究中，应不断深入探索其机理，提高其焊接强度、耐久性和适用范围，从而更好地实现铝-钢异种金属的高效连接。

铝合金搅拌摩擦焊技术研究及应用铝合金搅拌摩擦焊技术是一种高效、环保的焊接方法，在航空航天、交通运输、轻工制造等领域具有广泛应用前景。

本文将从工艺原理、研究进展、优势与挑战等方面进行分析，全面介绍铝合金搅拌摩擦焊技术的研究及应用。

搅拌摩擦焊是一种非传统焊接方法，它将工件接头通过旋转和外力压合的方式进行连接，并在摩擦热量和塑性变形的作用下实现焊接。

铝合金在搅拌摩擦焊过程中，由于高温和塑性变形，形成了均匀的焊接区域，焊缝强度和密封性良好。

与传统的焊接方法相比，铝合金搅拌摩擦焊具有以下几个优点：首先，搅拌摩擦焊无需外加焊接材料，避免了常规焊接中的焊剂使用和气体保护等问题。

这降低了成本，同时减少了环境污染。

其次，搅拌摩擦焊具有较高的焊接速度和效率。

焊接头变形均匀，焊接时间短，适用于大面积或长尺寸工件的焊接。

第三，搅拌摩擦焊对铝合金的应变硬化效应较小，减少了焊接区域的硬化现象，提高了焊缝的塑性和可靠性。

铝合金搅拌摩擦焊技术的研究进展日益丰富。

首先，针对不同铝合金材料和焊接条件，研究者通过调整焊接参数和其他工艺控制手段，优化焊接质量和性能。

例如，通过控制转速、下压力、摩擦时间等参数，可以实现理想的焊接接合。

同时，研究者还对焊接头几何形状、初始材料状态等因素进行改善和控制，提高焊接接合的可靠性。

其次，近年来，通过引入其他技术手段，如电流、激光、超声等，与搅拌摩擦焊相结合，可以进一步提高焊接接合的强度和质量。

例如，搅拌摩擦挤压焊技术将搅拌摩擦焊与挤压焊结合，对铝合金零件进行焊接加工，获得了良好的焊接接合。

此外，铝合金搅拌摩擦焊技术在实际应用中也取得了广泛成功。

在航空航天领域，搅拌摩擦焊被用于连接飞机结构件、涡轮叶片等零部件，取得了良好的焊接接合效果。

在交通运输领域，搅拌摩擦焊被广泛应用于铁路和汽车制造中。

在轻工制造领域，搅拌摩擦焊技术也被广泛应用于电子设备、电池等领域的制造。

然而，铝合金搅拌摩擦焊技术仍面临一些挑战。

铝合金厚板搅拌摩擦焊焊接工艺研究摘要：近年来我国高速铁路事业迅猛发展，并成功走向世界。

由于铝合金材料诸多优点，以及轨道交通车辆轻量化的设计需求，使得铝合金结构车体在城轨、地铁等城市轨道车辆上的应用逐步推广。

高速列车比较恶劣的环境，更高的速度，对于承载部件提出了更高的要求，焊接接头的抗疲劳性能很大程度上决定了高速列车车体运行的安全可靠性。

而车钩面板一类的厚板焊接，一直是铝合金焊接一个重要的技术难题，MIG手工焊或者MIG自动焊始终绕不过多层多道焊，焊接接头由于重复加热，导致接头性能不稳定。

关键词：铝合金厚板；搅拌由于搅拌摩擦焊(FSW)技术相比较于传统的熔化焊有较多的优势，已经在国内航天、军工等铝合金焊接领域得到了很好的应用，并取得了较好的效果。

而国内轨道车辆相关公司也开始逐步在城铁车辆的地板等薄板上进行了应用，厚板应用也在逐步验证使用。

搅拌摩擦焊的焊接工艺关键点是首先根据板材情况选用合适的搅拌头形状和搅拌针长度，其次通过调整焊接参数来避免S线、隧道等缺陷。

本文以高速列车常用材质6005A-T6的挤压型材车钩面板为研究对象，验证FSW焊接方式对厚板进行焊接，通过优化焊接工艺，可以完全避免类似“S”曲线的重大缺陷，获得更优的接头性能，为铝合金轨道列车关键部件生产提供参考。

1 试验材料及方法试验材料为18mm厚的6005A-T6的铝合金挤压型材，为Al-Mg-Si系合金。

型材长度为500mm。

焊丝为ER5087,规格为Φ1.2mm, 化学成分见表1。

搅拌摩擦焊所用搅拌头尺寸为17.8mm。

表1 铝合金型材及焊丝化学成分(质量分数,%)为常见车钩面板样式。

搅拌摩擦焊所用型材为无坡口形式，MIG焊接型材为单V型坡口形式，坡口角度为70°,钝边长度为2mm。

FSW焊接采用ESAB Gantry 4U搅拌摩擦焊接机器人进行焊接，MIG焊接采用IGM机器人配合Fronius焊接电源进行自动焊接。

(1)试验方法。

HEBEINONGJI圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖关键词：6061铝合金;搅拌摩擦焊;缺陷6061铝合金撞梓摩擦焊焊缝缺陷分析盐城工业职业技术学院王淼李天景1引言6061铝合金是一种可热处理强化的铝合金，由于其优越的 力学性能和腐蚀性能，广泛应用于汽车、航空工业。

然而传统熔 化焊对铝合金焊接热裂纹的几率非常大。

近年发展起来的搅拌 摩擦焊(FSW )是一种固相焊接技术,适用于铝合金的焊接。

对于 6061铝合金的搅拌摩擦焊，目前大多数研究都集中在焊缝组织 演化以及力学性能上,对焊缝缺陷的研究并不多见。

然而由于焊 接缺陷的存在，焊缝组织并不能够完全决定接头强度，对于铝合 金的搅拌摩擦焊接头进行拉伸时，断裂往往发生在焊缝缺陷处, 因此研究焊缝缺陷的种类及其形成原因对铝合金的搅拌摩擦焊 工艺参数的调整有重要指导意义。

2实验材料和设备焊接母材为300mm X 150mm X 4m m 的6061错合金板。

焊接设备是FSW -3LM -002型龙门式搅拌摩擦焊机。

搅拌针 形状为螺锥形，尺寸为:轴肩半径8mm ,搅拌针半径2mm ,针长 3.8mm 〇3缺陷分析3.1飞边缺陷图1为FSW 焊缝的飞边缺陷,这种缺陷的产生往往是焊接 头下压量过大造成的。

焊接头下压量过大使得下压力增加，轴肩 与母材的表面摩擦加剧，形成大量的摩擦热，形成的热塑性材料 较多，过多的热塑性材料从轴肩两侧挤出,冷却后形成锯齿状的 飞边缺陷。

实验中下压量不超过〇.2mm ,得到的焊缝基本不存在 飞边缺陷。

图1飞边缺陷3.2裂纹缺陷图2为FSW 焊缝裂纹缺陷，裂纹通常是因为搅拌加工的参 数选取不当，即转速与行进速度比值过小,热输人量在金属表层 积累不够；另外搅拌头下压量过小也会加剧接头表面开裂的倾 向。

图2裂纹缺陷3.3隧道型孔洞缺陷图3为FSW 焊缝“隧道型”孔洞缺陷，“隧道型”孔洞一般从 焊接开始端沿着焊缝一直延伸到焊接末端。

产生“隧道型”孔洞 的一个很重要的因素是加工参数选取的不合理，即搅拌头转速 过慢或行进速度过快，导致焊接区热输人不足，焊缝底部金属流 动性变差，后退侧的塑性金属未能及时填充前进侧的空缺，最终 留下这种孔洞。

铝合金搅拌摩擦焊接技术的研究进展
曹丽杰
【期刊名称】《电子工艺技术》
【年(卷),期】2009(030)002
【摘要】搅拌摩擦焊接技术是一种利用高速旋转的搅拌探头与工件摩擦产生的热量使被焊材料局部塑化的新型固相连接工艺,发明搅拌摩擦焊接技术最初是用于航空、航天工业铝及其合金的焊接,焊接时铝合金材料不熔化,减少各种熔焊方法带来的复杂的冶金反应.对铝合金搅拌摩擦焊接技术特性进行分析,讨论铝合金搅拌摩擦焊接过程材料的流动行为和工艺参数对焊接质量的影响,分析搅拌摩擦焊接缺陷的特征和影响因素,总结了不同铝合金搅拌摩擦焊缝的力学性能.
【总页数】5页(P99-103)
【作者】曹丽杰
【作者单位】上海工程技术大学,上海,201620
【正文语种】中文
【中图分类】TG439.8
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