2219铝合金无倾角式搅拌摩擦焊接头组织性能

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1、先进焊接技术ADVANCEDWELDlNGTECHNOLOGY2219铝合金无倾角式搅拌摩擦焊接头组织性能术MicrostructureandPerformanceofFrictionStir、VeldingJointof2219Al-AUoyWithZeroTiltAngle上海航天设备制造总厂赵慧慧李颖封小松熊艳艳胡蓝郭立杰【摘要】采用基于三轴联动系统的无倾角搅拌摩擦焊方法，研究了2mm厚2219铝合金焊接试验过程，重点分析了微观组织分布特点和接头力学性能。结果表明，采用内聚花纹锥形轴肩搅拌工具，实现了无倾角搅拌摩擦焊接过程，焊缝外观及内部质量良好，但搭接界面处存在Hook现象，在前进侧呈

2、现先向上后向下弯曲，指向焊核区的纹路特征，而后退侧呈现了向上弯曲的H00k钩状纹路；2mm厚铝合金2219无倾角式搅拌摩擦焊搭接接头拉伸剪切抗力平均为5630N，与母材抗拉力的比值为75．7％；同时，通过试验证明了无倾角搅拌摩擦焊方法对曲线焊缝的适应性。关键词：铝合金搅拌摩擦焊无倾角组织性能【ABSTRACTlThefrictionstirweldingprocessof2219Al-alloywiththicknessof2mmwithzerotiltangleisstudiedbasedonthreeaxislinkagesystem，especiallyonthemicrostructu

3、redistributionandmechanicalper-fomancesoftheweldingjoints．Theresultsshowthatthecone—shapedshoulderfrictionstirtoolswithngurescouldrealizethefrictionstirweldingprocesswithzerotiltangle，andtheappearanceandinsidequaIitiesofjointsareexcellent．TheHookexistsintheoVerlapinterface．IntheadVancingside，theinte

4、rf-acecuⅣesupwardsfirst，thendownwards，andpointstothenuggetzone．Inthere—treatingside，theHookcurVesupwards．TheaVerageValueoftensileandshearresistanceof2219Al—alloyfrictionstirweldingoVerlapjointwithzerotiltangleis5630N．Andtheratioofloadingcapabilityofthejointandbasemetalis75．7％．Meanwhile，theadaptabili

5、tyoffrictionstirweIdingwithzerotiItangleoncuⅣeweIdingseamis搅拌摩擦焊(FSW)是英国焊接研究所(TwI)发明的新型固相连接方法⋯，具有热输入低、焊接变形小、焊接缺陷少、力学性能好、无需焊接填充材料等优点肛叫。该方法应用范围广泛，包括铝、镁合金以及传统熔化焊难以焊接的材料，甚至可适用于异种金属的焊接H埘1，其应用能够极大地提高构件的可靠性和制造精度。搅拌摩擦焊技术在航天关键构件的制造中具有相当重要的地位。在国际航天领域中，搅拌摩擦焊固相连接技术应用广泛，如美国波音公司、洛克希德·马丁公司、NASA等【l01。目前，搅拌摩擦焊设备正逐渐朝

6、着小型化和便携式方向不断发展。其中一种可行的技术方案就是实现无倾角式焊接，该方法目前是搅拌摩擦焊领域中的研究热点和难点之一。传统搅拌摩擦焊焊接过程是以有倾角的方式实现的，搅拌工具时刻与工件表面法向保持2。～5。倾角并沿焊缝的切线方向进行跟随；除了机床本身x、】，、z3个轴以外，设备还需实现倾角轴和周向随动轴运动。倾角的存在使搅拌工具前方材料可以进入工具轴肩下方而被拘束，使搅拌摩擦焊接过程得以实现。采用无倾角方式无需倾角轴和周向随动C轴，仅仅基于三轴联动系统就可以实现搅拌摩擦焊过程，不仅大大降低了设备的复杂程度，而且对提高设备运转的稳定性也具有极其重要的意义。英国焊接研究所TWI开发出多种无倾角

7、式搅拌摩擦焊工具，通过试验证明，该方法能够获得良好的表面成形和焊接质量⋯】。此外，美国MTI、德国玛雅、韩国TaekwangTech．等多家机构也开展了无倾角搅拌摩擦焊方面的相关研究。文中针对2mm厚2219铝合金，对基于三轴联动系统的无倾角搅拌摩擦焊过程进行研究，包括接头截面宏观、微观组织分布特点等，并分析了接头力学性能以及显微硬度分布规律。DrOVea．Keywords：A1．alloyFri