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旋转速度对静止轴肩搅拌摩擦焊温度场和应力场的影响

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电焊机 2024年第1期54卷 86-94页

作者：贺巍亮王伟李华芳李晓燕陕西工业职业技术学院航空工程学院陕西咸阳712000 西安中汇卓越教育科技有限公司陕西西安710061

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... 详细信息

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%。

关键词： 2024-T4铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊旋转速度残余应力

铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊组织非均质性对接头力学性能的影响

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焊接学报 2017年第8期38卷 115-118页

作者：何方舟杨新岐李冬晓崔雷天津大学天津市现代连接技术重点实验室天津300072 北京卫星制造厂北京100094

对6061-T6铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊(stationary shoulder friction stir welded,SSFSW)接头组织非均质性与力学性能的相互影响进行了定量分析.结果表明,SSFSW焊接接头存在明显的组织非均质性,表现在晶粒尺寸及形状、沉淀相种类及分布... 详细信息

对6061-T6铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊(stationary shoulder friction stir welded,SSFSW)接头组织非均质性与力学性能的相互影响进行了定量分析.结果表明,SSFSW焊接接头存在明显的组织非均质性,表现在晶粒尺寸及形状、沉淀相种类及分布形态不同,其中沉淀相析出不同是影响力学性能差异的主要因素.由于组织非均质性导致紧邻焊核区的热影响区软化严重,其硬度和抗拉强度在接头区域最低,分别为母材的60%和72%,为接头最薄弱部分.由于沉淀强化和晶粒细化效应,焊核区的强度与塑性最好,而抗拉强度和断后伸长率分别达到母材的88%和215%.随着与焊核区距离的增加,热影响区抗拉强度和屈服强度逐渐增加,断后伸长率不断降低.

关键词： 6061-T6铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊组织非均质性力学性能

焊接工艺参数对6061-T6铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊组织及力学性能的影响

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焊接 2019年第11期 33-38,I0025页

作者：王瑾李送斌张妍陆艺上海航天设备制造总厂有限公司上海200245

采用不同的压入量、旋转速度和焊接速度对6061-T6铝合金进行静止轴肩搅拌摩擦焊,研究了焊接工艺参数对接头组织及力学性能的影响。结果表明,所有试验参数下,焊缝表面光滑、几乎不产生飞边,焊接工艺参数能够影响材料的流动性,进而对接头... 详细信息

采用不同的压入量、旋转速度和焊接速度对6061-T6铝合金进行静止轴肩搅拌摩擦焊,研究了焊接工艺参数对接头组织及力学性能的影响。结果表明,所有试验参数下,焊缝表面光滑、几乎不产生飞边,焊接工艺参数能够影响材料的流动性,进而对接头成形、组织和力学性能产生影响。焊接工艺参数显著影响焊核区形态,当焊核区为球状,焊缝显微组织硬度呈W形对称分布;而当焊核区为碗状时,前进侧显微硬度略高于后退侧。在最优参数下,即压入量为0.08 mm、旋转速度为1600 r/min和焊接速度为500 mm/min,接头抗拉强度为224 MPa,达到母材的75.6%。

关键词：静止轴肩搅拌摩擦焊焊接工艺参数组织力学性能

厚板铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊热过程及受力状态数值分析

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航空制造技术 2020年第11期63卷 41-49页

作者：唐文珅杨新岐赵慧慧郭立杰天津大学材料科学与工程学院天津300350 上海航天设备制造总厂上海200245

基于Deform–3D软件建立了12mm板厚6061–T6铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊接(Stationary Shoulder Friction Stir Welding,SSFSW)过程热力耦合数值模型,探讨了焊接工艺对SSFSW温度场、热循环及受力状态的影响规律。计算结果表明:焊接转速增... 详细信息

基于Deform–3D软件建立了12mm板厚6061–T6铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊接(Stationary Shoulder Friction Stir Welding,SSFSW)过程热力耦合数值模型,探讨了焊接工艺对SSFSW温度场、热循环及受力状态的影响规律。计算结果表明:焊接转速增加50%将引起焊核最高温度增加21.6%以上;焊接速度增加50%分别导致高温停留时间和冷却时间降低50%和60%以上;对给定转速1000~1500r/min及焊接速度100~150mm/min范围,静止轴肩的轴向力为28.2~24.3kN,前进阻力为17.4~15.3kN,焊接转速增加50%其轴向压力降低13.8%,焊接速度增加50%其前进阻力增加13.7%;搅拌针扭矩最高值在27.3~25N·m范围。上述数值模拟结果为厚板铝合金SSFSW搅拌工具设计及工艺优化提供重要理论依据。

关键词：静止轴肩搅拌摩擦焊 6061–T6铝合金厚板有限元模拟焊接热循环受力状态

静止轴肩搅拌摩擦焊接6005铝合金的力学和疲劳性能

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焊接学报 2017年第10期38卷 25-28页

作者：张坤方远方栾国红张景榆胡丰中航工业北京航空制造工程研究所中航工业航空连接技术重点实验室北京100024 中车株洲电力机车有限公司株洲412000

利用静止轴肩搅拌摩擦焊接装置对4.5 mm 6005铝合金进行了研究,为满足工程需求,焊接速度设为1 000 mm/min.结果表明,静轴肩搅拌摩擦焊接头随转速的增加,抗拉强度先升高后降低,当转速为2 100 r/min时最高,为232 MPa,可达母材的80%;各参... 详细信息

利用静止轴肩搅拌摩擦焊接装置对4.5 mm 6005铝合金进行了研究,为满足工程需求,焊接速度设为1 000 mm/min.结果表明,静轴肩搅拌摩擦焊接头随转速的增加,抗拉强度先升高后降低,当转速为2 100 r/min时最高,为232 MPa,可达母材的80%;各参数接头正弯和背弯180°均无裂纹.在应力循环频率70 Hz、正弦波形、应力比R为0.1的条件下,对2 100 r/min和1 000 mm/min参数的接头进行轴向高周疲劳测试,获得接头的S-N曲线和疲劳极限,在(1-a)置信度90%,失效概率P=5%条件下,S-N曲线的下极限为105 MPa,疲劳断裂主要位于接头的热影响区,疲劳断口分为裂纹萌生区、裂纹扩展区和瞬断区三个区域.

关键词：静止轴肩搅拌摩擦焊 6005铝合金力学性能疲劳强度

铝合金厚板静止轴肩搅拌摩擦焊接头组织及性能

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材料工程 2022年第7期50卷 128-138页

作者：杨新岐元惠新孙转平闫新中赵慧慧天津大学材料科学与工程学院天津300350 上海航天设备制造总厂有限公司上海200245

采用8.5 mm厚度2A14-T4铝合金和自主研制搅拌工具进行静止轴肩搅拌摩擦焊(stationary shoulder friction stir welding,SSFSW)实验,探讨焊接工艺参数对接头组织和力学性能的影响规律。结果表明:只有在低转速工艺参数范围内(转速ω=400-6... 详细信息

采用8.5 mm厚度2A14-T4铝合金和自主研制搅拌工具进行静止轴肩搅拌摩擦焊(stationary shoulder friction stir welding,SSFSW)实验,探讨焊接工艺参数对接头组织和力学性能的影响规律。结果表明:只有在低转速工艺参数范围内(转速ω=400-600 r/min与焊接速率v=60-120 mm/min)可获得焊缝表面光滑、无缺陷厚板铝合金SSFSW焊接接头。SSFSW焊缝区主要由焊核区(NZ)组成,周围热力影响区(TMAZ)及热影响区(HAZ)宽度明显减小,焊核区与搅拌针形状类似且由两种不同尺寸细小等轴晶构成,前进侧NZ晶粒比后退侧NZ更为细小。接头显微硬度呈“W”状分布,NZ硬度值可达到母材硬度80%-90%,TMAZ与HAZ交界处存在软化区,硬度最低为母材硬度72%左右。在给定ω=500 r/min,v=140 mm/min焊接参数下,SSFSW接头抗拉强度可达到母材的88%,断裂位置多位于后退侧TMAZ与HAZ交界处软化区,具有韧性断裂特征。

关键词： 2A14-T4铝合金厚板静止轴肩搅拌摩擦焊组织特征力学性能

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6061-T6铝合金的静止轴肩搅拌摩擦焊工艺及组织性能

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焊接学报 2016年第5期37卷 119-123,134页

作者：申浩杨新岐李冬晓崔雷天津大学天津市现代连接技术重点实验室天津300072

采用自主研制的静止轴肩搅拌摩擦焊工具系统成功获得了6061-T6铝合金的对接接头.对该接头的焊缝成形、显微组织、硬度分布以及拉伸性能分别进行了试验研究.结果表明,SSFSW工艺所得6061-T6铝合金接头具有非常美观的焊缝成形,与常规的FSW... 详细信息

采用自主研制的静止轴肩搅拌摩擦焊工具系统成功获得了6061-T6铝合金的对接接头.对该接头的焊缝成形、显微组织、硬度分布以及拉伸性能分别进行了试验研究.结果表明,SSFSW工艺所得6061-T6铝合金接头具有非常美观的焊缝成形,与常规的FSW工艺相比,几乎没有出现焊缝减薄的现象;焊缝组织分区也有明显的不同,TMAZ非常窄,只有几百微米;接头的硬度呈"W"形分布;在转速1 000 r/min,焊速为200 mm/min时,接头的抗拉强度和断后伸长率达到最大,分别为母材的71.5%和44.6%;拉伸试样均断裂在热影响区,它是接头发生断裂的最薄弱区域.

关键词：铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊显微组织拉伸性能

厚板铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊接头组织及力学行为研究

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厚板铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊接头组织及力学行为研究

作者：元惠新天津大学

学位级别：硕士

静止轴肩搅拌摩擦焊(Stationary Shoulder Friction Stir Welding,SSFSW)是在传统搅拌摩擦焊基础上发展而来的一种新型固相连接技术,由于沿厚度方向上焊接热输入均匀,在合理的焊接参数下可以获得表面无减薄、力学性能良好的焊缝组织,并... 详细信息

静止轴肩搅拌摩擦焊(Stationary Shoulder Friction Stir Welding,SSFSW)是在传统搅拌摩擦焊基础上发展而来的一种新型固相连接技术,由于沿厚度方向上焊接热输入均匀,在合理的焊接参数下可以获得表面无减薄、力学性能良好的焊缝组织,并且可以实现复杂接头形式的焊接,因而有效拓宽了传统搅拌摩擦焊的应用范围。然而已有的研究报道主要针对铝合金薄板SSFSW焊接工艺过程,对厚板铝合金SSFSW工艺过程缺乏深入系统的研究。本文通过大量焊接工艺试验、采用自主设计的针对8.5mm厚板铝合金SSFSW搅拌工具,对厚板铝合金SSFSW工艺过程进行深入系统试验研究,为在厚板铝合金结构制造领域推广应用SSFSW技术提供重要试验依据。试验结果表明:针对8.5mm厚板2A14-T4铝合金的SSFSW过程,当主轴转速(ω)和焊接速度(v)在ω=400 r/min,v=100～140 mm/min;ω=500 r/min,v=60～140 mm/min;ω=600 r/min,v=60～120 mm/min范围内均可获得完全致密无内部缺陷的SSFSW对接接头。厚板铝合金SSFSW工艺并不适合800 rpm以上高主轴转速情况,结合模拟分析结果发现,SSFSW焊接热输入范围较窄,峰值温度出现在搅拌针与工件材料接触面附近,静止轴肩与工件产热很低。研究了铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊工艺参数对接头材料成形、显微组织特征、力学性能的影响规律。试验表明:在优化的焊接参数下可以得到表面光滑内部无缺陷的焊缝组织,克服了传统搅拌摩擦焊带来的焊缝厚度减薄问题,此外在焊核区可以明显观察到“洋葱环”宏观流动组织特征。这表明焊接过程中焊核区材料发生了充分的流动混合。SSFSW焊缝区主要由焊核区(NZ)组成,周围热力影响区(TMAZ)及热影响区(HAZ)宽度明显减小,焊核区与搅拌针形状类似、并由两种不同尺寸细小等轴晶混合构成,前进侧NZ晶粒比后退侧NZ更为细小。SSFSW焊缝显微硬度分布呈“W”形,WNZ硬度最大,自中心线向两侧硬度逐渐降低,TMAZ和HAZ交界处形成软化区其硬度最低。拉伸试验表明,在ω=500 r/min,v=140 mm/min情况时,SSFSW对接接头抗拉强度最大为380 MPa,达到母材88%,接头最薄弱区域主要在后退侧TMAZ和HAZ交界处的软化区,拉伸试样断口主要表现为韧性断裂模式。

关键词： 2A14-T4铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊计算模拟组织特征硬度分布力学性能

6061-T6铝合金的静止轴肩搅拌摩擦焊工艺及组织性能研究

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6061-T6铝合金的静止轴肩搅拌摩擦焊工艺及组织性能研究

作者：申浩天津大学

学位级别：硕士

采用自主研制的静止轴肩搅拌摩擦焊(SSFSW)工具系统成功获得了5mm厚的6061-T6铝合金的对接接头,并通过试验方法详细研究了焊接工艺参数的变化对SSFSW接头的焊缝成形、显微组织、硬度分布以及拉伸性能的影响。所得结果将为后来SSFSW工艺... 详细信息

采用自主研制的静止轴肩搅拌摩擦焊(SSFSW)工具系统成功获得了5mm厚的6061-T6铝合金的对接接头,并通过试验方法详细研究了焊接工艺参数的变化对SSFSW接头的焊缝成形、显微组织、硬度分布以及拉伸性能的影响。所得结果将为后来SSFSW工艺的深入研究提供重要基础。6061-T6铝合金SSFSW工艺所得接头的焊缝成形良好,表面形貌美观。与传统FSW工艺相比,基本没有飞边缺陷,且几乎没有出现焊缝减薄的现象。SSFSW接头的焊核形状呈“碗状”,与传统FSW的焊核形状比较有较大差异。6061-T6铝合金SSFSW接头是由焊核区(WNZ),热力影响区(TMAZ),热影响区(HAZ)和母材(BM)四部分构成。但与传统FSW的接头有明显差异,SSFSW接头具有非常窄的TMAZ,并且有相当小的HAZ以及更加对称的焊核形状。焊核区中心线处中部的晶粒尺寸比上部和下部的晶粒都要大,上部的晶粒比中部稍小,但是焊核区下部的晶粒则非常细小。焊核区同一厚度处靠近前进侧位置的晶粒发生了明显的变形,呈现拉长形的形态;而中部和后退侧的晶粒大小和形貌类似,均呈现等轴状晶粒的形态,并且没有明显的变形。在相同的旋转速度下,随着焊接速度的增加,TMAZ和WNZ之间的分界面越来越模糊,材料塑性变形的程度也越来越小,并且焊核区的晶粒越来越细小;在相同的焊接速度下,随着旋转速度的增大,焊核区的晶粒越来越粗大。6061-T6铝合金SSFSW接头的硬度呈现“W”形分布,硬度由焊核区中心附近向两侧的热影响区逐渐降低,当到达热影响区的最低硬度处时,随后随着距离焊缝中心线的距离增加,硬度值逐渐恢复到母材的原始水平。随着焊接速度的增加,焊核区的硬度值也基本呈增大的趋势,软化区的范围缩小;高转速下焊核区的硬度值要大于低转速下的硬度值,软化区域的范围也较大。6061-T6铝合金SSFSW接头的抗拉强度随着焊接速度的增加而呈增大的趋势,而随着旋转速度的增加变化不大,保持在相对稳定的水平上;接头的延伸率随着焊接速度以及旋转速度的变化则没有规律性,呈现波动的趋势。当转速为1500rpm,焊速为300mm/min时,抗拉强度达到最大值256MPa,为母材的77.3%。所有的拉伸试样均断裂在轴肩下方前进侧或者后退侧的热影响区,热影响区是接头发生断裂的最薄弱区域,断裂方式属于典型的微孔聚集型断裂。

关键词： 6061-T6铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊焊缝成形显微组织硬度分布拉伸性能