2014鋁合金薄板攪拌摩擦焊工藝研究.pdf

1、2014鋁合金被廣泛應(yīng)用于航空、能源、交通等行業(yè)，其強度高，熱強性好，但是焊接性能較差。常規(guī)方法焊接時容易出現(xiàn)裂紋、氣孔等問題。且焊件較薄時，變形大、難矯正等問題也很難解決。本文針對薄板鋁合金焊接的特點，對1mm厚鋁合金薄板進行了高轉(zhuǎn)速焊接工藝探索、特征參數(shù)的采集和分析，同時進行了數(shù)值模擬的驗證及焊縫的性能測試。
　　工藝試驗結(jié)果表明：超高轉(zhuǎn)速的攪拌摩擦焊工藝，采用微型攪拌頭即可以實現(xiàn)對鋁合金薄板的焊接。工藝試驗范圍為轉(zhuǎn)速：100

2、00rpm~16500rpm，焊接速度：50mm/min~170mm/min。當轉(zhuǎn)速小于15000rpm，下壓量很難控制，焊接效率低且表面成形差焊后變形嚴重。當轉(zhuǎn)速達到15000rpm，焊接所需的下壓量極小，減薄程度小，且整個過程易于控制。在空氣中冷卻，變形不可避免，而輔助水霧冷卻可以得到表面成形好且無變形的焊件。
　　軸向力的檢測分析結(jié)果表明：轉(zhuǎn)速在10000rpm到16500rpm范圍內(nèi)，焊接階段的軸向力均低于200N，這有利

3、于實現(xiàn)輕量化的攪拌摩擦焊接過程，改進了傳統(tǒng)攪拌摩擦焊對機身承載要求高的缺點，進一步降低了成本。軸向力的變化規(guī)律與傳統(tǒng)攪拌摩擦焊相似，在下壓過程中，軸向力先增大后減小，焊接開始后逐漸趨于平穩(wěn)。攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度越高，軸向力峰值越小。此外，軸向力穩(wěn)定是接頭縱向性能均勻的保證，同時，水冷對軸向力也起著重要作用，因為水冷可以減少熱量聚積，防止軸向力的突變。
　　焊縫性能分析測試結(jié)果表明：焊接接頭宏觀形貌存在明顯的焊核區(qū)、熱機械影響區(qū)和母材區(qū)，

4、熱影響區(qū)則不明顯。母材晶粒沿著軋制方向拉長。焊核區(qū)在攪拌作用下發(fā)生了動態(tài)的回復(fù)再結(jié)晶，晶粒細小且沉淀相發(fā)生了重溶。熱機械影響區(qū)的晶粒發(fā)生了變形且在后退側(cè)更明顯。拉伸結(jié)果顯示，在固定的轉(zhuǎn)速下，焊縫的力學(xué)性能隨著焊速的增加先提高后降低。隨著轉(zhuǎn)速的提高，焊縫抗拉強度的峰值先增大后減?。晦D(zhuǎn)速的提高帶來了延伸率的提高。轉(zhuǎn)速為16000rpm焊速為110mm/min時強度最高，約為母材的75％。焊縫強度較低時，斷口一般在焊縫中心，焊縫強度較高時，斷

5、口在前進側(cè)或后退側(cè)攪拌區(qū)與母材的交界處。斷口在中心，斷口形貌為韌脆混合型斷裂，斷口在交界處，斷口形貌呈韌性斷裂特性。焊縫硬度的測試結(jié)果顯示，硬度分布沒有明顯的“W”形。焊縫的耐腐蝕性能研究結(jié)果表明，高轉(zhuǎn)速攪拌摩擦焊后鋁合金的耐蝕性稍有降低，腐蝕電位下降，腐蝕電流升高，電化學(xué)阻抗譜由高頻感抗弧和低頻容抗弧組成。
　　攪拌摩擦焊焊接數(shù)值模擬的結(jié)果表明：軸向力 p<200N，轉(zhuǎn)速 W>15000rpm的工藝條件，焊縫金屬達到可焊接溫度。