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《搅拌摩擦焊工艺参数窗口的建立与接头性能》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第29卷第5期焊接学报Vol.29No.52008年5月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONMay2008搅拌摩擦焊工艺参数窗口的建立与接头性能王伟,史清宇,李亭,李红克(清华大学先进成形制造教育部重点实验室,北京100084)摘要:搅拌摩擦焊的工艺参数对焊缝的表面成形和接头性能有着决定性的影响。以3mm铝合金2024板材对接焊为代表,通过大量的工艺参数试验,考查了多种焊接参数组合下的焊接接头质量,并在此基础上建立了工艺参数窗口。结果表明,在转速375～475rPmin,焊接速度150～2
2、35mmPmin的工艺参数窗口内,接头可以获得母材80%以上的抗拉强度。通过对拉伸断口的显微分析,发现靠搅拌区上方的材料塑性较好,搅拌区底部材料抗变形能力较差,接头区沿厚度方向分层严重。关键词:搅拌摩擦焊;铝合金;工艺参数窗口;接头性能;断口王伟中图分类号:TG113文献标识码:A文章编号:0253-360X(2008)05-0077-040序言搅拌头下材料的相互作用力、摩擦系数等因素随温度变化而改变,所以上述的固定值不能反映这些变搅拌摩擦焊由英国焊接研究所于1991年研究化的过程。其次,搅拌摩擦焊是复杂的热力耦合过成功[1]。该技
3、术在焊接轻金属方面尤其适用,其中程,各个参数带来的影响存在交互作用,因而工艺参研究最为广泛的是对铝合金的焊接。由于铝合金的数的匹配很重要。熔点低、热导率高、线膨胀系数大、与氧的亲和力大2024铝合金具有高的比强度,良好的成形工艺等特点,熔焊时接头容易形成气孔、裂纹等缺陷,使性,将其应用于飞机、汽车、船舶等行业中,具有广阔得接头性能降低,通常被归为难焊材料[2,3],限制了的应用前景。以2024铝合金为例,通过大量的搅拌其在工程结构中的应用。搅拌摩擦焊作为一种先进摩擦焊工艺试验,考查了工艺参数的交互作用,对获[4]得优良接头质量时的工
4、艺参数窗口进行了研究,并的固态连接工艺,为解决这一问题提供了较好的途径。对试样的拉伸断口进行了分析。铝合金搅拌摩擦焊过程中,材料未发生熔化,在适当的工艺参数控制下,焊接接头可以达到较高的1试验方法强度。对于热处理强化铝合金如硬铝合金、锻铝合[5]试验材料为铝合金2024-T4(固溶处理后自然时金等,接头强度可达到母材的80%。搅拌摩擦焊的工艺参数对焊缝的表面成形和接头性能有着决定效状态),其化学成分如表1,室温性能如表2所示。性的影响。在热力耦合的作用下,接头质量的变化规律不能由单一参数的改变反映出来表12024-T4铝合金的主要化
5、学成分(质量分数,%),需要工艺参Table1Chemicalconstitutionof2024-T4alloy数的匹配作用。在前期的搅拌摩擦焊工艺研究中,研究工作者CuMgMnFeSiZnAl通过单一的参数变化,如搅拌头旋转速度ω、焊接速3.8～4.81.2～1.80.3～0.9≤0.5≤0.5≤0.3余量度v、下压量h;或者是简单的衡量热输入表示方式,如旋转速度与焊接速度之比ωPv等,依靠这些表22024-T4铝合金的室温力学性能[6-9]参数和焊接接头质量建立对应关系。工艺参数Table2Tensilestrengthof2
6、024-T4alloyatroomtempera2确定后,表达式ωPv等也就成为了固定值,但由于ture抗拉强度RmPMPa屈服强度ReLPMPa断后伸长率A(%)收稿日期:2007-07-08基金项目:留学回国人员科研启动基金资助项目≥420≥260≥1578焊接学报第29卷搅拌头参数为轴肩18mm,搅拌针直径<6mm,长2.4mm。试件选用尺寸为120mm×60mm×3mm的2试验结果及分析板材,进行对接焊,试件焊前被固定在自制卡具上。采用不同焊接工艺参数进行焊接,按照国家标2.1焊接工艺适应性准《GBPT228-2002金属材
7、料室温拉伸试验方法》搅拌摩擦焊作为一种固相连接方法,尤其适用于制备拉伸试样,在CSS1100电子万能试验机上进铝合金的焊接,相比熔焊方法,可以获得更高的接头行抗拉强度测试,然后对三个拉伸结果取平均值以强度。这一加工过程中,关键是需要选取合适的焊接代表该参数下接头的强度。在Sirion200型超高分工艺参数,而不良的工艺参数下无法获得优良的接辨扫描电镜下对拉伸断口进行观察。头,甚至材料无法进行有效的连接,如图1所示。图1不良工艺参数下的接头外观Fig.1Aspectsbyimproperweldingparameters搅拌摩擦焊过程
8、中,微小的下压量(图1a)使得要较高的转速或较低的焊接速度来提高热量输入。材料流动区域很小,而增大下压量(图1b)造成了较随着下压量的增大,热量输入较多,焊接速度有所提大飞边溢出。继续增大下压量(图1c),在增大焊接高,可以实现高速的
