在国内,陈书锦[26]等研究了如何使用数字化控制BTFSW的过程,同时说明了如何设计双轴肩搅拌摩擦头的原理,并在搅拌焊接中检测了搅拌头轴向力、平面受力的大小以及前导区的温度。研究过程中,基于搅拌头的平面力信号、轴向力信号和前导区温度检测等环节,利用分体式BTFSW搅拌头可以双向调节上、下轴肩的原理,配以合理的焊接参数,实现了对不同厚度材料焊接与参数的监控。董春林[14]等人利用光学显微镜及动电位极化曲线知识原理,研究了厚度为12mm的6082-T6铝合金BTFSW接头组织形貌的特征及其电化学的性能。结果表明,当焊接参数为主轴转速为500r/min、焊接速度为400mm/min、以20°为搅拌头倾角,焊接出的焊缝组织发生了明显的变化,发生了动态再结晶。同时,对焊接接头进行腐蚀观察,母材处的腐蚀形貌比较粗糙,表面上存在较深的点蚀坑,而接头焊核区表面腐蚀形貌较为均一,点蚀现象较轻;动电位极化测试表明BTFSW接头焊核区的腐蚀电压要比母材区的高,说明耐腐蚀性能比母材好。81349
在国外,Thomas[15]分别采用传统FSW和BTFSW分别焊接铬含量为12%的合金钢,成功实现了对12mm与8mm的铬合金钢的焊接,并对用两种焊接方式焊接后的显微组织进行了观察分析,发现两者的显微组织表现良好。Liu等人采用自适应BTFSW对6061-T6铝合金进行焊接,研究的目的是焊接速度的不同是否对6061-T6铝合金显微组织和机械性能产生影响,实验结果表明在较低的焊接速度(小于50mm/min)下可以得到焊接接头质量较好。随着焊接速度的增加(50~200mm/min),在搅拌区,晶粒尺寸趋于增大,β相含量趋向于减少,但是在热影响区的晶粒尺寸基本不发生变化。横向拉伸试验的结果显示接头处的拉伸强度和伸长量随着焊接速度的增加而增加。论文网
BTFSW技术发展趋势
为了促进在轨道车辆中铝合金车体上多采用双轴肩搅拌摩擦焊技术,应该从搅拌摩擦焊设备、铝合金型材以及搅拌工具三个这方面加大力度投入到研究中。
随着现实生活中双轴肩搅拌摩擦焊工艺的进一步应用,对铝合金型材的质量要求也日趋明确,例如在原来的材料性能标准和型材组织的要求基础上,对材料尺寸形位公差和型材挤压的断面均有了较高的要求,特别是现在更加要注意焊接位置处的板厚尺寸、扭拧度、直线度、型材组及切口垂直度,这些需要注意的地方对技术要求都应该要进行严格的遵守和控制,这就对铝合金型材挤压行业在塑造型材时提出了更高的指标要求。同时,对于车体部件的板厚要求也越来越高。目前生产宽幅的铝合金型材超厚壁板作为双轴肩搅拌摩擦焊焊接的型材是下一步的生产目标。
由TWI授权的搅拌摩擦焊设备制造厂商已经有二十几家,根据设备制造的经验,逐步形成标准化、系列化搅拌摩擦焊设备,包括有:动龙门搅拌摩擦焊设备、静龙门搅拌摩擦焊设备以及台式搅拌摩擦焊设备等等。这些设备的主机是由底座、滑板、支架、机头、工作台等构成,这些设备不仅集成了先进的双轴肩搅拌摩擦焊工艺技术,而且还集成了精密的参数设置、优质的工艺控制技术以及检测系统,同时还要配套冷却系统、润滑系统、电控系统组成的专业的搅拌摩擦焊焊接系统。目前,在大量的生产过程中为了能够得到稳定优质的焊缝,设备的焊接主轴必须要把机械系统定位的精确度、控制系统和焊接功能集成等几方面作为重点。
针对薄板对接的开式型材,传统搅拌摩擦焊难以完成的焊缝,如短小部件分块侧墙、平顶、群板和车头曲面结构等处的焊缝;利用双轴肩搅拌摩擦焊焊接薄板焊缝速度快、表面成型好的优势,焊接铝合金车体小部件;利用双轴肩搅拌摩擦焊焊接完成的质量不受焊接位置制约的特点,可以发展铝合金车体总组成横缝自动焊;面对现在人们对于高质量的生活要求,轻快安全便捷的车体已然成为车体部件生产制造的重点,必须坚持开展双轴肩搅拌摩擦焊技术的基础研究,储备相关技术数据及逐渐开展工艺试验。