鋁合金T型接頭攪拌摩擦焊工藝研究

攪拌摩擦焊具有熔化焊接無法比擬的優(yōu)點，因此鋁合金攪拌摩擦焊引起國內(nèi)外學者的廣泛關注。本文主要介紹了攪拌摩擦焊的工作原理和接頭性能影響因素．詳細介紹了國內(nèi)外鋁合金攪拌摩擦焊接頭微觀組織、接頭力學性能和塑性流動機理以及攪拌摩擦焊焊接缺陷修補技術，指出了在塑型金屬流動方面存在的不足，還需要進一步研究焊接接頭質(zhì)量的評定方法和攪拌摩擦焊接頭缺陷的修補技術。

攪拌摩擦焊是一種由英國焊接研究所研發(fā)的固相新型焊接方式。低的焊接溫度、小的熱輸入量、接頭強度較高以及在攪拌摩擦焊接過程中金屬材料不發(fā)生變化,這些優(yōu)點使得攪拌摩擦焊比其他的傳統(tǒng)熔化焊更易于推廣。從攪拌摩擦焊在焊接過程中的攪拌頭和焊接工藝方面出發(fā),研究攪拌摩擦焊的成型規(guī)律。

攪拌摩擦焊具有熔化焊接無法比擬的優(yōu)點,因此鋁合金攪拌摩擦焊引起國內(nèi)外學者的廣泛關注。本文主要介紹了攪拌摩擦焊的工作原理和接頭性能影響因素,詳細介紹了國內(nèi)外鋁合金攪拌摩擦焊接頭微觀組織、接頭力學性能和塑性流動機理以及攪拌摩擦焊焊接缺陷修補技術,指出了在塑型金屬流動方面存在的不足,還需要進一步研究焊接接頭質(zhì)量的評定方法和攪拌摩擦焊接頭缺陷的修補技術。

國內(nèi)對攪拌摩擦焊焊接參數(shù)(如進給速度、旋轉(zhuǎn)速度)的研究比較多,但對工藝傾角的研究很少。本文采用攪拌摩擦焊方法對2519鋁合金進行了焊接試驗,結果表明,工藝傾角也是影響焊縫質(zhì)量的關鍵性因素,工藝傾角在3°~5°區(qū)間時,呈現(xiàn)出較好的焊縫性能,小于3°或大小5°,焊縫性能較差。

介紹了攪拌摩擦焊的原理、研究現(xiàn)狀及應用,并對該焊接方法的應用前景進行了展望。

采用熱塑性塑料abs作為焊接材料,研究了攪拌摩擦焊工藝參數(shù)對其焊接接頭力學性能的影響。結果表明,工藝參數(shù)與性能之間有明顯的關聯(lián)性,采用1300r/min轉(zhuǎn)速、0.05mm下壓量、20mm/min焊接速度,接頭宏觀表面成型良好,且焊接后板材整體基本無翹曲,可以實現(xiàn)有效連接。斷面分析表明,在不同焊接參數(shù)下接頭斷裂方式不同,斷面出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象。

中航工業(yè)北京賽福斯特技術有限公司（中國攪拌摩擦焊中心）是中國攪拌摩擦焊技術先鋒和開拓者,秉持“航空報國、強軍富民”的主體理念,已成功實現(xiàn)我國大型飛機機身結構、油箱、口蓋、地板結構、新型戰(zhàn)斗機艙體、機翼結構和雷達冷板等部件的攪拌摩擦焊接,大幅提升了我國武器裝備的制造技術水平。

中航工業(yè)北京賽福斯特技術有限公司（中國攪拌摩擦焊中心）是中國攪拌摩擦焊技術先鋒和開拓者,秉持“航空報國、強軍富民”的主體理念,已成功實現(xiàn)我國大型飛機機身結構、油箱、口蓋、地板結構、新型戰(zhàn)斗機艙體、機翼結構和雷達冷板等部件的攪拌摩擦焊接,大幅提升了我國武器裝備的制造技術水平。

通過攪拌摩擦焊接頭硬度測試,確定了焊縫兩側軟化區(qū)分布區(qū)域;在軟化區(qū)埋設熱電偶,進行攪拌摩擦焊接實驗,檢測不同測溫點的熱循環(huán)曲線。將焊后接頭進行硬度測試,確定硬度最低點位置,對應測溫孔分布位置,獲得軟化區(qū)硬度最低點熱循環(huán)曲線。

中航工業(yè)北京賽福斯特技術有限公司（中國攪拌摩擦焊中心）是中國攪拌摩擦焊技術先鋒和開拓者,秉持“航空報國、強軍富民”的主體理念,已成功實現(xiàn)我國大型飛機機身結構、油箱、口蓋、地板結構、新型戰(zhàn)斗機艙體、機翼結構和雷達冷板等部件的攪拌摩擦焊接,大幅提升了我國武器裝備的制造技術水平。

利用正交試驗法研究了攪拌摩擦焊工藝參數(shù)對20mm厚的5a06-h112鋁合金板接頭組織和力學性能的影響。結果表明:焊接速度對接頭抗拉強度影響最大,而攪拌頭軸肩直徑和旋轉(zhuǎn)速度依次減小;采用最優(yōu)組合參數(shù)焊接的試樣其抗拉強度可達365mpa;由于攪拌摩擦焊焊縫中前進側的熔合過渡區(qū)的界面變化急劇,因此斷裂往往發(fā)生在該熔合過渡區(qū);隨著退火溫度升高,焊核原本細小的等軸晶粒開始長大,并伴隨著β(mg2al3)相從α(al)基體中析出,雖然焊核的晶粒變得粗大,但焊縫的抗拉強度降低的幅度較小。

采用伸縮式攪拌頭對25mm板厚2219-t6鋁合金進行攪拌摩擦焊,在多道補焊時避免攪拌頭軸肩的二次下壓量造成的底部焊穿。對25mm板厚2219-t6攪拌摩擦焊焊縫的微觀組織、材料缺失型缺陷及弱連接型缺陷進行觀察。結果表明:焊縫沿厚度方向分為軸肩影響區(qū)和攪拌針影響區(qū),焊接參數(shù)的變化與這兩區(qū)域中缺陷的產(chǎn)生存在一定關系,焊縫中的材料缺失型缺陷遵循一定的體積守恒關系。利用伸縮式攪拌頭制備不同尺寸的焊縫根部未焊透缺陷,發(fā)現(xiàn)未焊透的深度與焊縫抗拉強度呈非線性關系。在統(tǒng)一的焊接參數(shù)規(guī)范下,調(diào)整攪拌針伸出長度進行多道焊,研究多道補焊工藝對焊縫組織性能的影響。

利用自行研制的攪拌摩擦焊機采用一種攪拌摩擦焊外側角接的新方法對厚度為22mm的2519鋁合金進行了角接焊接試驗,并對焊縫的微觀組織、硬度等進行了分析.分析了攪拌針斷裂原因及得出其斷裂方式為剪切斷裂.結果表明,攪拌摩擦焊外側角接焊接的方法能夠有效地進行角接焊接;合理的焊接工藝和攪拌針形狀是焊接的關鍵;旋轉(zhuǎn)頻率在30～40rad/s,焊接速度在90～120mm/min的范圍內(nèi)都可以獲得良好的接頭外觀.

采用攪拌摩擦焊方法對厚度為1.8mm2024-t4鋁合金薄板進行焊接實驗,通過高壓水冷裝置來控制由殘余應力產(chǎn)生的失穩(wěn)翹曲變形,并對焊縫的微觀組織與力學性能進行了分析。結果表明:用攪拌摩擦焊方法焊接1.8mm厚的2024-t4鋁合金薄板可得到外表成形美觀、內(nèi)部無缺陷的平板對接接頭。在冷卻水壓為0.4mpa、攪拌針旋轉(zhuǎn)速度為2100r/min、焊接速度為120mm/min時,攪拌摩擦焊的焊接接頭強度可達到377.9mpa,達到母材強度的80.39%。

采用攪拌摩擦焊(fsw)技術對1mm厚6061-t6鋁合金薄板進行了對接.研究了焊接工藝參數(shù)的范圍,實驗測試了焊接接頭的強度、硬度和延伸率,利用金相顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡分析了接頭的微觀組織.結果表明:對于1mm厚度6061-t6鋁合金,fsw的最優(yōu)工藝參數(shù)為旋轉(zhuǎn)速度1800r.min-1,焊接速度1000mm.min-1;在此參數(shù)下,接頭的硬度值達到母材的80%左右,抗拉強度達到母材的103%,延伸率達到母材的54%;接頭的力學性能與微觀結構相符.

攪拌摩擦焊(frictionstirwelding.簡稱fsw)是一種利用高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭與工件磨擦產(chǎn)生的熱量使被焊材料局部塑化的新型固相連接工藝。它可以對多種熔化焊接性差的有色金屬等材料進行可靠的連接,而且連接工藝簡單,有較好的工藝適應性。本文在總結攪拌摩擦焊研究成果的基礎上,論述了攪拌摩擦焊的基本原理和特點,闡述了近年來國內(nèi)外攪拌摩擦焊工藝參數(shù)、接頭微觀組織、焊接成形機理等方面的研究現(xiàn)狀,并展望fsw的應用前景。

為了保證軌道車輛在其制造階段中,鋁合金材質(zhì)側墻結構攪拌摩擦焊接操作中所使用的工裝能在利用率、操控質(zhì)量、焊接便捷性等方面有所提升,目前出現(xiàn)了柔性類型的工裝結構,并通過這一結構的使用大大的強化了焊接操作中工裝的各方面性能.本文就軌道車輛在其制造階段中鋁合金材質(zhì)側墻結構攪拌摩擦焊接操作中所使用的柔性工裝進行了分析.

根據(jù)已研制的三維數(shù)控焊攪拌摩擦焊機結構,研究了攪拌頭長度補償模型,給出了攪拌頭長度補償計算公式及坐標轉(zhuǎn)換關系。

選用yg8硬質(zhì)合金作為摩擦頭材料進行低碳鋼的攪拌摩擦焊試驗。采用游標卡尺測量工具、x射線衍射儀和能譜儀等分析摩擦頭在焊接過程中的主要失效形式。結果表明,yg8硬質(zhì)合金摩擦頭在低碳鋼的攪拌摩擦焊過程中的主要失效形式為機械磨損、氧化剝落、攪拌針脆性斷裂和軸肩變形失效等。引起失效的主要原因是摩擦頭長時間的高溫高壓摩擦,導致粘結相co分布不均勻或部分擴散流失,嚴重破壞了硬質(zhì)合金的骨架模型;失效后摩擦頭組織中出現(xiàn)了游離碳和硬脆相co6w6c,減弱粘結相co對基體相碳化鎢的固溶強化作用,最終導致摩擦頭的硬度、強度和耐磨性等下降。

將一塊厚4mm的lf5鋁板與兩塊厚2mm的6063鋁板組成異種鋁合金對搭接復合接頭,進行攪拌摩擦焊工藝試驗并優(yōu)化焊接參數(shù),獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。重點研究攪拌頭轉(zhuǎn)速、攪拌針偏移量對復合接頭抗拉強度的影響,并對焊縫表面及橫截面宏觀形貌、焊縫"洋蔥環(huán)"組織形貌、焊縫缺陷等進行觀察。分析在攪拌針選取不同偏移量的條件下,雙層板一側的搭接界面遷移行為的變化,及其影響焊縫抗拉強度的原因。在優(yōu)化后的攪拌摩擦焊工藝參數(shù)下,實驗獲得的復合接頭最高強度系數(shù)可達到6063鋁合金母材的72%。

對t2紫銅的攪拌摩擦焊技術進行了實驗研究,對其基本工藝、接頭組織和性能等進行了初步分析。實驗結果表明,用攪拌摩擦焊方法焊接6mm厚的t2紫銅板,當焊接規(guī)范合適時,可得到成形美觀、內(nèi)部無缺陷、幾乎不變形的平板對接接頭;攪拌摩擦焊接頭的抗拉強度可達母材的90%;攪拌摩擦焊接頭的電阻率與母材基本相同。

采用激光-電阻復合焊接方法進行鋁合金t型接頭焊接工藝試驗,對激光-電阻復合焊接過程中的主要焊接工藝參數(shù):滾輪電極形狀、電流大小和激光功率對焊縫成形及接頭性能的影響進行分析,并優(yōu)化工藝參數(shù)以獲得良好的焊縫成形和優(yōu)質(zhì)焊接接頭。試驗結果表明:采用弧形端面滾輪電極,在合適的電流和激光功率參數(shù)條件下,激光-電阻復合焊接t型接頭不僅可以降低接頭搭接面的間隙,而且改善焊縫成形,增加搭接面的焊縫寬度,使t型接頭的拉伸剪切載荷與單獨激光焊接相比得到顯著提高。激光-電阻復合焊接有效改善了激光焊接存在的一些不足,拓展了激光焊接的工業(yè)應用范圍。