搅拌摩擦焊工艺参数对异种镁合金接头组织和性能的影响
焊接电流对异种钢焊接接头组织和力学性能的影响
焊接电流对异种钢焊接接头组织和力学性能的影响
焊接电流是焊接工艺中的一个重要参数，对于异种钢焊接接头的组织和力学性能有着
重要的影响。
本文将探讨焊接电流对异种钢焊接接头组织和力学性能的影响。
焊接电流对于异种钢焊接接头的组织有直接影响。
焊接电流的大小决定了焊接过程中
的能量输入，从而影响了焊接接头的热输入和冷却速率。
一般来说，焊接电流越大，焊接
过程中的热输入越大，冷却速率越慢。
这会使得焊接接头在焊接过程中的热影响区域（HAZ）发生较大的晶粒长大和相变现象，导致晶粒粗化，硬化相的形成。
焊接电流越大，焊接过
程中的温度也越高，从而有可能引起组织中的相变现象。
较大的焊接电流可能会导致焊接
接头组织中存在晶粒粗大、硬化相的形成等缺陷。
需要指出的是，焊接电流的大小不仅与焊接接头的组织和力学性能有关，还与焊接过
程中的其他参数有关。
焊接电压、焊接速度等参数的选择也会影响焊接接头的组织和力学
性能。
在实际的焊接过程中，需要综合考虑焊接电流与其他参数的关系，并进行合理的调整，以确保焊接接头的组织和力学性能能够满足要求。
基于不旋转轴肩的铝镁异种材料搅拌摩擦焊
第39卷第5期焊 接学报2 0 1 8 年5 月TRANSACTIONS OF THE CHINAWELDINGINSTITUTI0N V〇1.39(5)：055- 058M ay2018基于不旋转轴肩的铝镁异种材料搅拌摩擦焊李丰&，党鹏飞&，刘雪松2(1.中车青岛四方机车车辆股份有限公司，青岛266111;2.哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨150001)摘要：焊具是搅拌摩擦焊的核心，对焊接质量起至关重要的作用.利用不旋转轴肩焊接系统对6061-T6铝和 A b1B镁合金进行连接，重点分析传统和不旋转轴肩焊接系统下接头成形和力学性能等.结果表明，与传统工艺 相比，采用不旋转轴肩工艺的接头表面成形更加光滑，焊核区以典型铝镁混合的叠层结构为主，且铝镁冶金结合界 面呈弯曲状，有效地增强了铝镁异种材料的机械咬合效果;焊缝区金属间化合物层明显减小，其主要是由不旋转轴 肩增强焊核区材料的搅拌效果并起到“热沉”的作用所致.采用不旋转轴肩的接头最大抗拉强度为137 MPa，较传 统工艺提高了 28%.关键词：搅拌摩擦焊；不旋转轴肩；铝镁异种材料；微观组织；抗拉强度中图分类号：TG453 文献标识码：A doi：10.12073/j.hjxb.20183901220序 言揽伴摩擦焊（friction stir welding，FSW)作为一■种固相连接技术，具有焊接温度低、残余应力和变形 小、接头质量高等优点，可替代熔焊进行铝镁异种材 料连接，并可避免传统熔焊时气孔、粗大晶粒、热裂 纹和大量金属间化合物等缺陷生成%1-3].在铝镁异种材料FSW中，导致铝镁焊接工艺窗 口狭窄的主要原因是焊接接头对焊接热输入敏感性 较高.在过低的热输入下，材料流变阻力增大，搅拌 针无法驱动焊核区（nugget zone，NZ)塑性材料流 动，引发搅拌针断裂或接头难以成形;过高的热输入 易导致NZ材料软化严重且材料流变阻力降低，使 NZ材料从轴肩两侧溢出形成飞边缺陷，引起材料外 流，使接头减薄量增加，诱发孔洞及隧道缺陷的出 现;此外，高热输入极易导致铝镁界面生成大量的金 属间化合物，恶化接头力学性能.刘震磊等人%3]的研究结果表明，在铝镁FSW中，旋转轴肩的产热在 搅拌头总产热中起到主导作用，焊接温度峰值出现 在搅拌头直接接触的区域;随搅拌头中心距离的增 加，温度逐渐降低，温度场沿搅拌头中心向周围扩散 并形成明显的温度梯度.d a n等人%4]发现当焊接温 度峰值达到铝镁共晶点时，易导致焊缝中心出现表 面裂纹缺陷.由此可见，为了得到高质量的铝镁焊收稿日期！2017-09-25基金项目：国家自然科学基金资助项目（51075102)接接头，控制焊接过程热输入和材料流动是极其必 的.工艺参数和搅拌头是影响热输入的主要因素.但由于铝镁异种材料物理和化学属性的差异较大，导致焊接工艺窗口极小%1].因此，搅拌头的合理选 择是一个突破口.静止轴肩搅拌摩擦焊是由传统FSW演变而来的焊接技术，包括不旋转轴肩体和旋转搅拌头;焊接过程中，不旋转轴肩仅沿焊接方向平 动%5].Li等人%6]在进行6061铝合金研究时均表明 不旋转轴肩工艺的引入可抑制飞边缺陷的产生且拓 宽焊接工艺窗口，提高接头力学性能.此外，Wu等 人%7]也表明不旋转轴肩体具有“热沉”的效果.对于工艺窗口较窄的铝镁异种材料FSW，文中 尝试采用不旋转轴肩进行6061-T6和A Z31B合金的 连接，并对比分析了传统和不旋转轴肩工艺下接头 成形、显微组织和力学性能等差异.1试验方法采用3I I厚6061-T6铝合金和A Z31B镁合金 作为研究对象，其尺寸为300 mmX100mmX3m m.外部不旋转轴肩外径和内径分别为14和11m m.内部旋转搅拌头的轴肩、搅拌针根部和顶部直径分别 为10，5和3mm;搅拌针长度为2.8m m.搅拌头下 压量为0.1mm且倾角为2.5°.搅拌头转速和焊接 速度分别为1 000 r/min和60 mm/min.焊接过程 中，镁合金和铝合金分别置于焊缝的前进侧56焊接学报第39卷(advancing side$AS)和后退侧（retreating side$ *-)，*S铝金材料向AS流，促形.搅拌针偏镁合金0.3m m.用电火花线切割机制备金力学试样.采用Keller试剂酸分别铝合金和镁合金侧金相腐蚀，并利用型号为0LYM PUS-GX71的显显微组；采用配备成分分析功能的KYKY-2800B型电子显微镜（scanning electron microscope，SEM)进行铝镁界面层的测量.利用型号为Landm ark MTS型电万试验机试验，速度为3m m/m in.利用型号为HVS-1000显度仪对铝镁显度测试，加载载荷为0.8 N，保压间为10s，测试位置表面1mm，测试点间距为0.5m m.2试验结果与分析2.1接头成形及组织图1为传转轴肩工艺表面成.可见，传工艺 表面出现大边缺陷，转肩有效地抑制了飞边缺陷的，如图1a，b所示.内部旋转转轴肩的包围一个封闭的腔室，可制高温下的塑性材料部旋转轴肩两侧溢出；同，外部的转轴肩会对表面“抹”的用，亦有利于减至边缺陷.图1两种工艺下接头表面成形Fig. 1Surface appearances of joints using two processes 图2为两种工艺下接头宏观形貌.由于不旋转肩有效地抑制飞边缺陷的，减少塑性材料的流失，转肩工艺 明显的厚度减，有利加载并裂纹扩展.此外，两工艺 道或孔缺陷.NZ主以铝镁层的条带状组织为主要特征，且均出现典型的洋.这主要是 过程，针的转，针围地塑性金属的软化层针后方堆积所.事实上，洋的可两种材料机械咬合果，铝镁异种材料的冶金结合，有利的力学.转轴肩工艺NZ铝镁叠层组织所远大于传统工艺，表明转轴肩的引入可NZ材料流动，铝镁异种材料的程度金结果.两工艺AS *S铝镁界面冶金结合长度，转肩工艺下AS和RS界面冶金结合长度均大于传统工艺，源的材料流为.Firouzdor等人%9&表明铝镁依赖长的界面长度强的机械咬力.可推断，不旋转肩引起的组织变化可度.(b)不旋转轴肩工艺图2两种工艺下接头宏观形貌Fig. 2 Macrostructures of joints using two processes图3为两工艺AS铝镁界面.可，两工艺界面了条带状组织.EDX分析结果表明条带状组织为铝镁金属间化合物.不旋转轴肩工艺条带状组织宽度传统工艺•Mofid等人%10-11]ZMao等人[12]使用水冷进行了AlMg异种材料FSW并发现冷工艺可有效地降低金属间化合物的厚度.试验中，根据试验结果可以，静止肩亦可在一定程度加冷却速度的作用，制金属间化合物长大，.第#期李丰，等：基于不旋转轴肩的铝镁异种材料搅拌摩擦焊57的引 大地 了铝镁异 的 .当焊接速度、转速 移量（镁侧"分别为60 mrn /min 、1 000 r /m in 和0. 3 m m 时，不旋转轴肩工艺下接头 最大抗拉强度和断后伸长率分别为137 M P a 和 1.6R ，分别比传统工艺了 28R 35R .首先，转轴肩阻止塑性材料溢出 表面，减少了飞边并使其流 部，厚度且无缺陷接头，有利的承载能力.其次，部金属被包围在封闭的空腔，有利 Al /M g 两种材料， 两材料的 程度加铝镁冶金结合界面长度，机械咬力.在前面的研究中，还 止轴肩对 表面具有冷却的作用，可金属间化合物厚度，延缓裂纹的扩展.以上用转轴肩工艺.图5两种工艺下接头拉伸性能 Fig. 5 Tensile property of joint传统工艺转轴肩工艺 裂位置如图6所示.裂位置均位A S 靠近(b )不旋转轴肩工艺图6接头断裂位置Fig. 6 Fracture locations of joints(a )传统工艺（b )不旋转轴肩工艺图3两种工艺下铝镁界面层形貌Fig. 3 819-010=1+3 ot \*8= joinin=*乂+9 B5d+r two 290+33+32.2显微硬度图4为两种工艺 横截面显微硬度分布，呈 匀分布.对铝镁异种FSW ，NZ 内显 度分布与强化相分布、大、以脆性金属间化合物的 、分布和大 [13].两种工艺下NZ 内显微硬度均出现极大值，远高于6061-T 6和A Z 31B 合金母材硬度，其主要由铝镁层间生成的脆金属间化合物所致，而其它位置显 度值变化主要是与层 的层间组织有关.此外，6061 ]6侧,Z 内显 度 母材，与温 大的应变速率引起的强化相的溶解和析出有关%14]，而A Z 31B侧NZ 内显 度母材，再结晶的化机制[15].最的是，对比两种工艺下,Z 区显度，转肩工艺度 传统工艺，但其它位置平 传统工艺.：转肩工艺中， 转肩与 表面，对N Z 材料起冷却的作用，有利制金属间化合物长大，度 #同， 转肩 的室有利 ,Z 材料流动且细化，平均度.60--------1-------1---------1-----1---------1---------1--------1--------1---------1~-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8距焊缝中心距离L/m m图4接头横截面显微硬度Fig. 4 日（「@门+33onof joint32.3拉伸性能及断裂位置图 5 为 两 工艺.转 肩o o o o o o o o o543210987>£^埘龌«_58焊接学报第39卷热力影响区位置，该位置主要由连续的金属间化合物层组成.虽然在焊缝RS铝镁连接界面亦生成金属间化合物层，但通过组织观察可见，AS铝镁连接界面长度远小于RS，导致承载能力较低且不利于延缓裂纹扩展，从而导致接头韧性较差.这与Z h@等人[12]和Lm等人[16]的研究结果一致.3结 论(1)不旋转轴肩的引入可阻止塑性材料溢出焊 缝，改善铝镁异种材料FSW接头表面成形，抑制飞边缺陷且焊缝厚度减薄量显著减少，有利于得到厚度减薄和飞边小的铝镁焊接接头.(2)不旋转轴肩具有“热沉”作用，降低金属间 化合物厚度协同其诱导的剧烈材料流动，促进两种材料混合程度和增加连接界面长度，提高咬合效果.(3)当焊接速度、转速和偏移量（镁侧）分别为 60 mm/min,1000 r/min和 0•3m m时，接头抗拉强度和断后伸长率分别达到137MPa和1.6% ,比传统工艺提高了 28%和35R•接头断裂主要位于靠近 AS侧金属间化合物层处.参考文献：%1]李达，孙明辉，崔占全•工艺参数对铝镁搅拌摩擦焊焊缝 成形质量的影响[J]•焊接学报，2011，32(8):97-100.L i D a，Sun M in g h u i，C u i Z ha n q u a n. 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搅拌摩擦焊工艺及其应用
搅拌摩擦焊工艺及其应用1 搅拌摩擦焊的定义与原理搅拌摩擦焊是一种非常新颖的金属连接技术，其原理是将金属材料在高速旋转的条件下不断挤压与摩擦热而使金属材料发生塑性变形进而在次冷却时形成均匀的焊缝。
搅拌摩擦焊是一种采用振荡摩擦进行的钎焊技术。
摩擦过程中，金属材料被强制变形，形成皱纹和复杂的微细组织结构，这就是焊接区域。
这一过程不需要额外的附加材料，因此也被称为固态钎焊。
搅拌摩擦焊的原理是通过搅拌和摩擦的相互作用，为金属轴套表面提供局部加热来处理金属本身。
在摩擦过程中，摩擦产生的热量会使金属材料温度升高，而旋转工具逐渐伸进焊缝，在相对运动的作用下，产生了强烈的塑性变形以及显著的变形应变。
在形成初期焊缝时，相对运动引起的压力会把材料从环形清隙中抽出，形成时生成混味均匀的焊接界面。
这些过程中摩擦加热导致局部熔化，接长和冷却会使金属变形，并形成一个均匀的、与母材相似的焊缝。
2 搅拌摩擦焊的工艺流程及其特点2.1 搅拌摩擦焊的工艺流程（1）工件准备：首先需要准备待焊接的工件。
工件通常是板材、管材、棒材等形状，可以是相同材质，也可以是不同材质。
（2）夹紧工件：将工件夹紧在专用的工件夹具中，以保证工件在搅拌摩擦焊过程中不会移动或震动。
（3）起始摩擦：在工件接头处的摩擦面上施加旋转摩擦力，使工件表面熔融并形成可焊接的状态。
（4）搅拌摩擦：在不断施加旋转摩擦力的情况下，摩擦头沿着工件的接合面移动，搅拌工件的金属组织，从而形成焊接。
（5）升温保压：在搅拌摩擦焊完成后，保持摩擦头的位置不动，使焊缝部位升温到一定程度，再施加一定的保压力，使焊缝固化。
（6）退火处理：对焊接完成后的工件进行退火处理，可以进一步提高焊接质量和性能。
2.2 搅拌摩擦焊的特点（1）搅拌摩擦焊是一种无焊接接头凸出、无端部凸出的焊接方法，焊缝起伏很小，对焊接部件外观和尺寸精度要求较高的场合比较适用。
（2）搅拌摩擦焊过程中没有明显的电弧和喷溅现象，不需要额外的保护气体，易于操作。
搅拌摩擦焊工艺参数对锁底接头性能的影响
搅拌摩擦焊工艺参数对锁底接头性能的影响汤化伟;张聃;封小松;高嘉爽;张春峰【摘要】对4 mm厚的7055-T6铝合金锁底接头进行搅拌摩擦焊工艺试验,研究搅拌针长度和前进侧位置对锁底接头力学性能和Hook缺陷的影响规律.结果表明:搅拌摩擦焊锁底接头在盖板一侧存在Hook缺陷,Hook缺陷迁移量是导致锁底接头力学性能变化的主要原因.最优焊接参数为:搅拌针长4mm,前进侧位于底板上的锁底接头最大抗拉强度为424.0 MPa,接头强度系数0.70.%An extensive investigation is carried out on the friction stir welded joints of 7055-T6 aluminum alloy lock with thickness of 4 mm.The effect of the FSW pin length and AS location on the mechanical property and hook defect of lock joints is analyzed.The results show that there is a hook defect on the cover plate side,the migration amount of the hook defect is the main reason for the change of the mechanical properties.The optimal parameters:the pin length is 4 mm,the tensile strength of lock joint in AS location on the base plate is 424.0 MPa,and the strength coefficient of joint is 0.70.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2017(047)011【总页数】3页(P97-99)【关键词】锁底接头;7055-T6铝合金;Hook缺陷;力学性能【作者】汤化伟;张聃;封小松;高嘉爽;张春峰【作者单位】上海航天设备制造总厂,上海200245;上海航天设备制造总厂,上海200245;上海航天设备制造总厂,上海200245;上海航天设备制造总厂,上海200245;上海航天设备制造总厂,上海200245【正文语种】中文【中图分类】TG453+.97055（Al-Zn-Mg-Cu）铝合金属于超高强可热处理强化铝合金，强度和硬度很高、热加工性良好、耐腐蚀性能较好，是重要的结构材料，广泛应用于航空航天等领域[1-2]。
焊接电流对ZM6镁合金薄壁件焊接接头组织和性能的影响
焊接电流对ZM6镁合金薄壁件焊接接头组织和性能的影响随着工业生产的发展，对焊接技术提出了多种多样的要求。
如对焊接产品的使用方面提出了动载、强韧、高压、高温、低温、耐蚀等要求。
在这一过程，由于越来越多的金属材料被人们所应用，且被广泛的应用于社会生产与生活等各个领域，因此对于焊接工艺水平的要求也越来越高。
经过长期的实践证明，焊接电流的大小会在一定程度上影响到焊接接头组织及其性能。
本文章就针对焊接电流对ZM6镁合金薄壁件焊接接头组织和性能的影响进行了深入的分析与研究。
标签：焊接电流;ZM6;接头组织;性能最轻的金属结构材料是镁合金，其综合性能具有显著的优异性，且被广泛的应用汽车生产制造业、航空、国防等工业领域。
ZM6合金不仅具有较好的高温性能，同时其室温与加工性能也十分良好。
但由于其生产难度相对较大，且在铸件的过程中容易产生缩松、缩孔以及夹渣等一系列缺陷。
因此为了减少铸件的报废率，就要在补焊的过程中加强对焊接电流的控制，以此来降低对镁合金薄壁件焊接接头质量的影响。
焊接参数是镁合金焊接头组织以及性能的关键影响因素。
而TIG焊接技术较其他焊接方法焊接质量好，可焊金属多，适应能力强。
由于钨极电弧稳定，在很小的焊接电流下也能稳定燃烧，热源与焊丝分别控制容易调节，因此特别适用于薄件、超薄件的焊接。
而焊缝也能够与母材实现焊接的有效结合，在镁合金焊接中应用较为广泛。
1 研究方法与参数本次研究选择TIG焊接工艺，研究对象选择ZM6镁合金薄壁件。
ZM6镁合金薄壁铸件尺寸为200mm×100mm×4mm，主要成分为Mg，其余为2%至3%的Nd、0.2%至0.7%的Zn、0.4%至1.0%的Zr以及不足0.1%的Cu。
焊絲材质与母材相同，Ф2.4mm*1000mm。
焊接设备选择交流脉冲钨极氩弧焊设备，焊接过程中选择手工焊接，保护气体选择高纯度的氩气，焊接电流分别选择180A、200A、220A与240A。
转速对6061_铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的影响
精 密 成 形 工 程第15卷 第9期28 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2023年9月收稿日期：2023-07-05 Received ：2023-07-05基金项目：山东省重点研发计划（2019GGX102023）Fund ：Key R&D Projects of Shandong Province(2019GGX102023) 引文格式：曹高威, 王进, 孙守義. 转速对6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的影响[J]. 精密成形工程, 2023, 15(9): 28-36.CAO Gao-wei, WANG Jin, SUN Shou-yi. Effect of Rotational Speed on Joint Microstructure and Mechanical Properties of 6061 转速对6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的影响曹高威，王进*，孙守義（青岛理工大学 机械与汽车工程学院，山东 青岛 266520）摘要：目的 研究不同转速条件下6061铝合金搅拌摩擦搭接焊接头组织和力学性能的变化规律，为工程实践应用提供参考。
方法 在不同旋转速度（800、1 200、1 500 r/min ）下对4 mm 厚的6061铝合金进行搅拌摩擦搭接焊实验，固定进给速度和轴肩下压量，研究搅拌头转速对接头宏观组织、微观组织和力学性能的影响。
结果 所有接头均没有出现明显缺陷，当转速为1 500 r/min 时，搅拌区晶粒尺寸细化明显，最大失效载荷达到母材的75%，上板和下板的硬度曲线都呈“W”形；当转速为800 r/min 和1 200 r/min 时，下板硬度曲线呈“V”形。
随着转速的增大，有效搭接宽度逐渐增大，接头的平均拉剪强度也在增大，所有接头都在前进侧断裂，断裂形式均为拉伸断裂。
结论 转速的提升增加了焊接热输入量和机械搅拌作用，促进了有效搭接宽度的增大和晶粒尺寸的细化，但未能改变钩状缺陷的形成及延伸方向。
电磁搅拌工艺对AZ31变形镁合金铸态组织的影响
摘
００ ２ ） ３０ ４
要： 采用 了两种不 同的 电磁搅拌 工艺， 研究 了交流磁场对 Ａ ３ Ｚ １变形镁合金铸 态组 织的影响 ， 分析 了在
不 同磁 场条件 下其凝 固组织的 变化。结果表 明： 感应 强度越强 ， 磁 磁场 细化合金 晶粒的效果越 明显。当有规律的
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泛， 但对镁合金作用方面 的研究工作开展得较少。 因此 ， 本文研究 了镁合金在交流磁场作用条件下凝 固组织 的变 化 。
搅拌摩擦焊工艺参数
搅拌摩擦焊工艺参数搅拌摩擦焊是一种常用的焊接工艺，它通过搅拌和摩擦的作用，在焊缝处产生高温和高压，使金属材料发生塑性变形和热扩散，从而实现焊接连接。
搅拌摩擦焊的工艺参数对焊接质量和效率起着关键作用。
本文将从搅拌速度、搅拌角度、搅拌时间和搅拌压力四个方面介绍搅拌摩擦焊的工艺参数。
一、搅拌速度搅拌速度是指在搅拌摩擦焊过程中搅拌工具的旋转速度。
搅拌速度的选择应根据被焊接材料的性质和厚度来确定。
一般情况下，搅拌速度越高，摩擦产生的热量越大，焊接温度越高，焊接质量越好。
但是，如果搅拌速度过高，可能会导致焊接接头过热，甚至烧穿。
因此，在确定搅拌速度时，需要综合考虑焊接质量和工艺效率。
二、搅拌角度搅拌角度是指搅拌工具与被焊接材料之间的夹角。
搅拌角度的选择应根据被焊接材料的性质和形状来确定。
一般情况下，搅拌角度越大，摩擦产生的热量越集中，焊接温度越高，焊接质量越好。
但是，如果搅拌角度过大，可能会导致焊接接头过热，甚至烧穿。
因此，在确定搅拌角度时，需要综合考虑焊接质量和工艺效率。
三、搅拌时间搅拌时间是指搅拌工具在焊接过程中与被焊接材料接触的时间。
搅拌时间的选择应根据被焊接材料的性质和厚度来确定。
一般情况下，搅拌时间越长，摩擦产生的热量越大，焊接温度越高，焊接质量越好。
但是，如果搅拌时间过长，可能会导致焊接接头过热，甚至烧穿。
因此，在确定搅拌时间时，需要综合考虑焊接质量和工艺效率。
四、搅拌压力搅拌压力是指搅拌工具施加在被焊接材料上的压力。
搅拌压力的选择应根据被焊接材料的性质和厚度来确定。
一般情况下，搅拌压力越大，摩擦产生的热量越大，焊接温度越高，焊接质量越好。
但是，如果搅拌压力过大，可能会导致焊接接头过热，甚至烧穿。
因此，在确定搅拌压力时，需要综合考虑焊接质量和工艺效率。
总结起来，搅拌摩擦焊的工艺参数包括搅拌速度、搅拌角度、搅拌时间和搅拌压力。
合理选择这些参数可以保证焊接质量和工艺效率。
在确定这些参数时，需要综合考虑被焊接材料的性质和厚度，并进行试验验证。