铝—钢异种金属嵌入式搅拌摩擦点焊工艺和接头性能探究

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1、铝一钢异种金属嵌入式搅拌摩擦点焊工艺和接头性能探究摘要：针对2mmL2024铝合金和4mm的低碳钢采用攻螺纹搅拌摩擦点焊的方法进行焊接试验，测试不同参数下接头的抗剪力，研究焊接工艺参数对焊点抗剪力的影响。研究结果表明：选取搅拌头旋转转速为1200r/min.下压量为0.7mm,搅拌头的停留时间由20秒时，焊接接头的抗剪切力最高，为4.4KN。关键词：嵌入式；搅拌摩擦点焊；焊接工艺；抗剪力中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324(2013)24-0138-02一、引言近年来，众多学者对铝一钢异种材料连接进行了广泛的

2、研究，如采用压焊、扩散焊、电子束焊等工艺对铝一钢进行连接，并对焊接工艺及接头的组织性能进行了分析。但采用熔焊方法焊接铝和钢时，接头易产生脆性相，大大降低了接头的力学性能。搅拌摩擦点焊(FrictionStirSpotWelding,FSSW)因其经济、髙效、节能、接头质量高等优点在点焊连接领域崭露头角，具有非常高的应用价值和市场潜力。本文针对2024铝合金和低碳钢薄板，进行了攻螺纹嵌入式搅拌摩擦点焊工艺试验，焊后测试了接头的抗剪力，研究了不同工艺参数对点焊接头性能的影响。二、试验材料及方法1.试验材料。试验材料为2mm厚2024-T3铝合

3、金(250X100mm),T3态，抗拉强度2390Mpa,屈服强度2245Mpa低碳钢钢板厚度为4mmo2•试验方法。带螺纹嵌入式搅拌摩擦点焊的基本思路：焊前在钢板上“预先钻孔”，铝合金置于上面，钻孔并在孔内攻螺纹的钢板置于下方，螺纹孔尺寸为M2,接头形式为搭接接头。采用“无针式”柱状搅拌头，利用搅拌头轴肩与铝合金的摩擦热使上板温度上升发生软化，同时在搅拌头的下压过程中，将高温、塑化的材料嵌入钢板上预先钻好的孔内，从而在“热一力”联合作用下实现上/下板间的固相接合。本次试验在前期试验的基础上选取搅拌头转速为1200r/min,研究不同的停

4、留时间和搅拌头的下压量对点焊接头性能的影响。三、试验结果与分析1•下压量对接头抗剪力的影响。当搅拌头旋转转速为1200r/min.停留时间为20秒时，改变下压量对待焊试板进行点焊试验，通过对接头断后的试样观察可以发现：下压量为0.4mm时，试样在切割时即断裂；下压量为0.5和0.6mm时，接头断裂形式为嵌入的铝柱经塑性变形后被拔出，如图1(a)所示；下压量为0.7mm时，接头断裂形式嵌入的铝柱经明显塑性变形后才断裂，但并未被拔出，如图1(b)所示;下压量为0.8mm时接头断裂形式为嵌入的铝柱未发生明显变形而被沿两板界面剪断，断口相对平整但

5、铝柱并未被拔出，如图1(c)所示。综合来看，下压量为0.7mm时断裂形式较理想，此时接头的抗剪力也达到最大值，为4.4kN,下压量小于或大于0.7mm,接头的抗剪力均下降，分析原因为：当下压量较小时，嵌入钢中的铝合金量不够，即钢中预先钻孔填充的铝合金不够饱满，随着下压量的增加，钢孔中的铝的嵌入量逐渐增加，从而过度到最佳状态，此时组织最紧密，接头抗剪力最大，下压量继续增加，由于钢孔体积有限，多余的铝被挤压到周围，从而使上层铝板变薄，剪切力减小。2•停留时间对接头抗剪力的影响。当搅拌头旋转速度为1200i7min、下压量为0.6mm时。对于铝

6、/钢异种金属搅拌摩擦点焊，搅拌头的停留时间为5s〜20s时，焊接接头的抗剪切力随着停留时间的增加先是逐渐增大，在15s时达到最大值为4.2kN,当停留时间继续增加时，接头的抗剪切力又逐渐减小。这是因为随着停留时间的增加，单位面积受到的热量也增加，金属从受热不足逐渐过度到最佳状态，此时组织最佳，抗剪力最大，停留时间继续增加，金属开始过热，接头的抗剪力下降。四、结论1•当其他焊接参数一定时，改变搅拌头的停留时间为5s〜20s时，焊接接头的抗剪切力在停留时间15s时达到最大值，为4.2kNo2•当其他焊接参数一定时，搅拌头的下压量从0.4mm变

7、化至0.8mm时，焊接接头的抗剪切力在下压量0.7mm时达到最大值，为4.4kNo参考文献：[1]李亚江，刘坤•钢/铝异种金属连接工艺的研究现状[J].现代焊接,2012,(3)：1-4.[2]李亚江.轻金属焊接技术[M].国防工业出版社，2011：289-290.