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(qiáng)度高，熱強(qiáng)性好，但是焊接性能較差。常規(guī)方法焊接時(shí)容易出現(xiàn)裂紋、氣孔等問(wèn)題。且焊件較薄時(shí)，變形大、難矯正等問(wèn)題也很難解決。本文針對(duì)薄板鋁合金焊接的特點(diǎn)，對(duì)1mm厚鋁合金薄板進(jìn)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(shí)進(jìn)行了數(shù)值模擬的驗(yàn)證及焊縫的性能測(cè)試。
　　工藝試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)對(duì)鋁合金薄板的焊接。工藝試驗(yàn)范圍為轉(zhuǎn)速：100

2、00rpm~16500rpm，焊接速度：50mm/min~170mm/min。當(dāng)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(yán)重。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到15000rpm，焊接所需的下壓量極小，減薄程度小，且整個(gè)過(guò)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(wú)變形的焊件。
　　軸向力的檢測(cè)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(shí)現(xiàn)輕量化的攪拌摩擦焊接過(guò)程，改進(jìn)了傳統(tǒng)攪拌摩擦焊對(duì)機(jī)身承載要求高的缺點(diǎn)，進(jìn)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(guò)程中，軸向力先增大后減小，焊接開(kāi)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(shí)，水冷對(duì)軸向力也起著重要作用，因?yàn)樗淇梢詼p少熱量聚積，防止軸向力的突變。
　　焊縫性能分析測(cè)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(jī)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(zhǎng)。焊核區(qū)在攪拌作用下發(fā)生了動(dòng)態(tài)的回復(fù)再結(jié)晶，晶粒細(xì)小且沉淀相發(fā)生了重溶。熱機(jī)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(qiáng)度的峰值先增大后減??；轉(zhuǎn)速的提高帶來(lái)了延伸率的提高。轉(zhuǎn)速為16000rpm焊速為110mm/min時(shí)強(qiáng)度最高，約為母材的75％。焊縫強(qiáng)度較低時(shí)，斷口一般在焊縫中心，焊縫強(qiáng)度較高時(shí)，斷

5、口在前進(jìn)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(cè)試結(jié)果顯示，硬度分布沒(méi)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(dá)到可焊接溫度。