01420铝锂合金的搅拌摩擦焊接
01420铝锂合金搅拌摩擦焊接头力学性能分析
1420铝锂合金搅拌摩擦焊接力学性能研究郭晓娟，李光，董春林，栾国红（北京航空制造工程研究所 107室，北京 100024）摘要：本文针对厚度为2.8mm的1420铝锂合金进行搅拌摩擦焊接研究，了解搅拌摩擦焊工艺参数对接头组织和性能影响。
通过研究，在优化焊接参数条件下，1420铝锂合金的搅拌摩擦焊接头抗拉强度和延伸率均能够达到母材的90%，并且在较大的焊接热输入有利于进一步提高搅拌摩擦焊接头的强度系数。
通过接头显微金相观察，1420铝锂合金搅拌摩擦焊接头拉伸断口主要为准解理和韧窝断裂的复合断口，焊缝硬度增加，且焊缝中心区域硬度最高，而且搅拌摩擦焊接头中存在典型的“S”形貌的特征。
关键词：搅拌摩擦焊，铝锂合金，力学性能，微观组织0 前言铝锂合金具有低密度、高的比强度和比刚性、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和超塑性等优点，是理想的航空航天结构材料，采用铝锂合金取代常规的铝合金可使结构减重10 %～15 %。
目前,铝锂合金焊接结构在航空飞机机身、油箱、蒙皮，以及航天器中的低温燃料箱、火箭结构件等方面的应用日益广泛[1,2]。
铝锂合金的连接可采用钨极气体保护焊（TIG）、钎焊、电子束焊、激光焊、变极性等离子弧焊和扩散焊等方法,但这些方法在焊接1420铝锂合金材料过程中存在锂元素损失,易形成焊接气孔和凝固裂纹等缺陷,而且接头强度系数不高，一定程度上制约了铝锂合金的工程应用[3]。
搅拌摩擦焊(简称FSW) 是由英国焊接研究所（TWI）于1991年发明的一种新型固相连接方法，通过高速旋转的搅拌头与被焊材料的摩擦、塑性金属的形成与流动、材料的扩散再结晶而实现的固相连接[4]。
采用搅拌摩擦焊焊接铝锂合金，避免了合金中Li元素的烧损，焊后接头无气孔、无裂纹、残余应力小，其最显著的优势在于可焊接那些不推荐用熔焊焊接的高强铝合金[5,6]。
作为铝合金材料的先进的焊接方法和技术，国内外针对铝锂合金搅拌摩擦焊技术已开展了大量的研究工作。
《2024年2060铝锂合金搅拌摩擦焊接头组织及腐蚀行为》范文
《2060铝锂合金搅拌摩擦焊接头组织及腐蚀行为》篇一一、引言随着现代工业技术的飞速发展，铝锂合金因其轻质、高强度的特性在航空航天、汽车制造等领域得到了广泛应用。
其中，2060铝锂合金以其优异的综合性能备受关注。
然而，在制造过程中，焊接技术是连接铝锂合金的关键环节。
本文旨在研究2060铝锂合金搅拌摩擦焊接头的组织结构及其腐蚀行为，以期为该合金的进一步应用提供理论支持。
二、搅拌摩擦焊接头组织研究1. 焊接方法与工艺搅拌摩擦焊是一种固相焊接技术，通过高速旋转的搅拌针与焊接件之间的摩擦热，使材料达到塑性状态，进而实现焊接。
对于2060铝锂合金，合理的焊接工艺对保证接头质量至关重要。
2. 接头组织结构通过对焊接接头进行金相显微分析和扫描电镜观察，可以发现搅拌摩擦焊接头由多个区域组成，包括热机械影响区、热影响区和母材区等。
其中，热机械影响区是接头强度的主要来源，其微观结构直接影响到接头的力学性能。
3. 组织形成机制在搅拌摩擦焊过程中，由于搅拌针的旋转和摩擦作用，焊缝区域的温度和应力场分布发生显著变化，导致材料发生动态再结晶、晶粒细化等组织变化。
这些变化对焊接接头的力学性能和耐腐蚀性具有重要影响。
三、腐蚀行为研究1. 腐蚀试验方法为了研究2060铝锂合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀行为，本文采用了电化学腐蚀试验和盐雾腐蚀试验等方法。
通过这些试验，可以模拟实际使用环境中可能遇到的腐蚀情况。
2. 腐蚀过程及特征在电化学腐蚀试验中，可以发现焊接接头的不同区域具有不同的腐蚀敏感性。
其中，热机械影响区由于晶粒细化、组织均匀，具有较好的耐腐蚀性；而热影响区和母材区由于组织变化较大，可能更容易发生腐蚀。
在盐雾腐蚀试验中，焊接接头的表面形貌和腐蚀速率也呈现出明显的差异。
3. 腐蚀机理分析根据试验结果和微观组织观察，可以得出2060铝锂合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀机理。
在腐蚀过程中，焊接接头的不同区域由于组织结构和化学成分的差异，导致其电化学行为不同，进而影响其耐腐蚀性。
铝合金的搅拌摩擦焊资料
毕业设计说明书题目：铝合金的搅拌摩擦焊姓名：学号：指导老师:摘要铝及铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，铝合金具有良好的耐蚀性、较高的比强度和导热性以及在低温下能保持良好力学性能等特点，在航空航天、汽车、电工、化工、交通运输、国防等工业部门被广泛地应用。
随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。
铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。
英国焊接研究所(The Welding Institute)发明的搅拌摩擦焊为轻金属材料的连接提供了新的方法和途径。
自从搅拌摩擦焊摩擦焊发明以来搅拌摩擦焊技术得到广泛的关注和深入的研究。
特别是针对铝合金材料，世界范围的研究机构学校以及大公司都对此进行了深入细致的研究和工程应用开发并且在诸多工业制领域得到了成功应用。
本文详细介绍了搅拌摩擦焊原理特点并且针对铝合金的搅拌摩擦焊特点性能以及工业应用作了详细的阐述同时对搅拌摩擦焊在中国市场的发展和应用作了简略介绍和预测。
关键词：铝及铝合金搅拌摩擦焊焊接方法焊接特点AbstractAluminum and aluminum alloy is a kind of nonferrous metal structure material widely used in industry, aluminum alloy has high corrosion resistance, good strength and thermal conductivity as well as in the low temperature can keep good mechanical properties and other characteristics, in the aerospace, automotive, electrical, chemical, transportation, national defense and other industrial sectors are widely used. In recent years with the rapid development of science and technology and industrial economy, structure of the growing demand for aluminum alloy welding, so the aluminum alloy welding research also further. Aluminum alloy is widely used to promote the development of welding technology of aluminum alloy, the welding technology development and expanding the application field of aluminum alloy, so the aluminum alloy welding technology is becoming one of the hot research topics.British Welding Research Institute (The Welding Institute) the invention of the friction stir welding for light metal materials is connected and provided a new approach to. Since the invention of the friction stir welding friction welding, friction stir widely attention and deeply research get welding technology. Especially for aluminum alloy material, worldwide research schools and large companies have conducted in-depth study and engineering application and has been successfully applied in many industrial fields.This paper introduces the principle and the characteristics of friction welding and stirring in aluminum alloy friction stir welding properties and industrial applications are described in detail the development and application of friction stir welding in the Chinese market are briefly introduced and predicted. Keywords: Aluminium and aluminium alloy Friction stir welding Welding process Welding characteristics目录摘要 (1)英文摘要 (2)第一章铝的特点 (4)1.铝的焊接特点 (4)2.铝及铝合金的焊接方法 (5)第二章搅拌摩擦焊接 (7)1.搅拌摩擦焊接原理 (8)2.搅拌摩擦焊接方法 (8)3.搅拌头与搅拌摩擦焊设备 (9)4.搅拌摩擦焊特点 (11)第三章铝合金的搅拌摩擦焊 (14)1.铝合金的搅拌摩擦焊接工艺 (14)2.铝合金常用焊接规范 (19)3.铝合金搅拌摩擦焊接接头性能 (20)4.搅拌摩擦焊缺陷及预防方法 (22)第四章搅拌摩擦焊的应用及前景 (25)1.铝合金搅拌摩擦焊的应用现状 (25)2.铝合金搅拌摩擦焊的发展趋势 (27)第五章总结 (28)参考文献 (29)第一章铝的特点1、铝的焊接特点(1)铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。
铝合金新能源汽车机壳搅拌摩擦焊加工
铝合金新能源汽车机壳搅拌摩擦焊加工铝合金新能源汽车机壳搅拌摩擦焊加工，一听这个名字是不是有点“高大上”？其实啊，说白了，就是一种专门用来把铝合金零件“咬合”在一起的方法。
你看这名字，搅拌摩擦焊，听起来像是个厨房里的搅拌机在忙活啥，实际上，搞的是金属焊接。
别急，别急，咱慢慢聊，了解清楚了，你就会发现这玩意儿可比想象中有意思多了！大家可能对铝合金并不陌生，尤其是新能源汽车这块，铝合金几乎成了标配。
轻便、耐腐蚀、强度也不差，正好能满足电动汽车对车身轻量化的要求。
车身轻了，电池续航就更长，效率更高，性能更好。
那你肯定会问了，铝合金的零件怎么拼接在一起呢？哈哈，这就要说到搅拌摩擦焊了。
搅拌摩擦焊其实就是利用摩擦生热，把两块金属材料“融合”在一起。
你想象一下，两个金属片像两个小伙伴站在一起，有点小拘谨，怎么办呢？我们就用一个转动的工具去把它们“搅拌”一番，让它们从两片生硬的金属变成一体的东西。
不是那种传统的焊接，烧得通红，一堆飞溅的火花，而是通过物理的摩擦热把金属“糅合”在一起，整个过程不但干净，还能保持铝合金的本身特性，焊缝强度高，外形也很平整。
说到这里，可能有人会想，这么复杂的工艺，是不是搞得特别高大上、昂贵呢？其实吧，这种焊接技术虽然听上去有点“装逼”，但实际操作起来，比传统焊接方便多了，而且性价比超高。
以前，如果你想把铝合金件焊接在一起，可能需要很高的温度，甚至用到一些特殊的焊丝，麻烦不说，焊接出来的部位有时候还会变形，真的是“费劲心力”。
但搅拌摩擦焊可不一样，它是通过旋转工具与铝合金接触，利用摩擦力在局部区域产生热量，然后把金属的结构打乱，重新“融合”，完成一个强度不错、形态美观的焊接接头。
最酷的地方在于，这项技术特别适合新能源汽车领域，尤其是车身的铝合金机壳。
为什么呢？因为电动汽车特别注重车身的强度和轻量化。
你想啊，车身要结实，撞击时能保护车主安全，但又不能太重，否则续航会下降，电池得超负荷工作。
《2024年2060铝锂合金搅拌摩擦焊接头组织及腐蚀行为》范文
《2060铝锂合金搅拌摩擦焊接头组织及腐蚀行为》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，铝锂合金因其轻质、高强度的特性在航空、航天、汽车等领域得到了广泛应用。
搅拌摩擦焊接作为一种固相连接技术，具有接头强度高、焊接过程无污染等优点，广泛应用于铝锂合金的连接。
然而，关于2060铝锂合金搅拌摩擦焊接头组织及腐蚀行为的研究尚不够深入。
本文旨在探究2060铝锂合金搅拌摩擦焊接头的组织结构，并对其腐蚀行为进行深入研究，以期为实际工程应用提供理论支持。
二、实验材料与方法1. 实验材料本实验采用2060铝锂合金作为研究对象，其具有优异的力学性能和轻质特性。
2. 搅拌摩擦焊接过程采用搅拌摩擦焊接设备对2060铝锂合金进行焊接，记录焊接过程中的参数，如焊接速度、搅拌头类型等。
3. 微观组织观察利用金相显微镜、扫描电子显微镜等设备对焊接接头的微观组织进行观察，分析其组织结构。
4. 腐蚀行为研究采用电化学腐蚀测试、盐雾腐蚀测试等方法对焊接接头的腐蚀行为进行研究。
三、实验结果与分析1. 焊接接头组织结构通过金相显微镜和扫描电子显微镜观察发现，2060铝锂合金搅拌摩擦焊接头组织结构主要由焊核区、热影响区和母材区组成。
焊核区晶粒细小，组织致密；热影响区晶粒略有长大，但整体组织仍保持良好；母材区组织无明显变化。
2. 腐蚀行为研究（1）电化学腐蚀测试：通过电化学工作站进行电化学腐蚀测试，发现焊接接头的腐蚀电流密度较小，表明其具有较好的耐腐蚀性能。
同时，焊核区的耐腐蚀性能优于热影响区和母材区。
（2）盐雾腐蚀测试：将焊接接头进行盐雾腐蚀测试，经过一定时间后观察其表面腐蚀情况。
结果显示，焊核区的耐盐雾腐蚀性能较好，而热影响区和母材区在盐雾环境中出现了一定程度的腐蚀现象。
四、讨论通过对2060铝锂合金搅拌摩擦焊接头组织的观察及腐蚀行为的研究，发现焊核区具有较好的组织结构和耐腐蚀性能。
这主要得益于搅拌摩擦焊接过程中产生的热-机械作用，使得焊核区晶粒细化、组织致密。
01420铝锂合金的搅拌摩擦焊接
第26卷 第6期2006年12月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV ol 126,N o 16D ecember 200601420铝锂合金的搅拌摩擦焊接魏世同,郝传勇(中国科学院金属研究所,沈阳110016)摘要:对2mm 厚的01420铝锂合金薄板实现了搅拌摩擦焊接(FS W ),分析焊接接头的微观组织形态,研究焊接工艺参数对搅拌摩擦焊接接头成型和接头性能的影响,并与氩弧焊接接头性能相比较。
结果表明,当工艺参数选取得当时,焊缝成型较好,表面光洁,焊接接头的强度可达到母材强度的77%,接头的弯曲角可达到180b ,均高于氩弧焊接接头。
关键词:搅拌摩擦焊;氩弧焊接;01420铝锂合金;微观组织;力学性能中图分类号:TG457.14 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2006)06-0021-05收稿日期:2005-10-17;修订日期:2005-12-01作者简介:魏世同(1981)),男,硕士,(E -ma il)st we i @i m r .ac .cn 。
铝锂合金具有较低的密度,较高的强度,在航空航天领域显示出广阔的应用前景。
初期铝锂合金主要用于航空结构,完全靠机械连接,随着铝锂合金的进一步推广应用,其焊接性研究日益受到重视,铝及其合金熔焊时的主要问题有:焊接气孔、接头弱化、焊接热裂纹等。
铝锂合金焊接接头强度降低及焊缝气孔问题更为突出,产生气孔与铝锂合金表面氧化膜有关,焊接时表面膜吸附气体和膜中化合物分解放出的气体成为焊缝气孔来源[1],因此焊前要用机械和化学法清理表面,除去氧化膜,由于此过程比较繁琐,极大降低生产率。
搅拌摩擦焊(FS W )是一种新型固相连接技术,由英国剑桥焊接研究所于1991年10月提出发明专利,与传统的熔化焊相比,接头不会产生与熔化有关的一些焊接缺陷,如裂纹、气孔及合金元素烧损等;焊接过程中无需填充材料和保护气体;焊前无需进行复杂的处理工作;焊接时能量消耗比传统焊接方法低[2]。
轻量化-搅拌摩擦焊技术
四、搅拌摩擦焊在汽车上的应用
在汽车上的应用：汽车空调、轮毂、车门、电动汽车电池托盘、电机壳体等
14/15
本田2013款雅阁
电动汽车电池托盘
沃尔沃XC90 轮毂
BMW 5 门窗直立边柱 Mazda RX-8 后门
四、搅拌摩擦焊在汽车上的应用
15/15
供应商：北京赛福斯特 该公司2002年成立， 与TWI（英国焊接研究 所）合作开展全方面的 搅拌摩擦焊研究
二、搅拌摩擦焊的基本原理
FSW焊接工具
6/15
搅拌摩擦点焊（Friction Stir Spot Welding，FSSW）
搅拌摩擦点焊（Friction Stir Spot Welding，FSSW）技术是一种新兴的固相焊接技 术，它是由搅拌摩擦焊技术发展起来的。 它的连接机理是点焊工具周围高温摩擦热和材料塑性流动相互作用的结果。 冶金连接产生在点焊工具周围形成的一种圆环状搅拌区域与材料发生重结晶的区域中， 这一区域在点焊工具旋转、挤压、粉碎等机械力作用下，形成致密组织结构，赋予搅拌摩 擦点焊接头优异的力学性能。 一般分为以下几类： 基本型搅拌摩擦点焊技术（Basic FSSW） 填充式搅拌摩擦点焊技术（Refill FSSW） 摆动式搅拌摩擦点焊技术（Swing FSSW）
1/1
搅拌摩擦焊技术（FSW）
2019.07.06
2/15
3/15
一、搅拌摩擦焊技术背景
铝及铝合金的焊接中，存在许多问题： 膨胀系数大而在焊接时产生较大的变形。为了防止变形，在施工现场，必须采用胎卡具固定，和 由培训过的熟练工人操作。 铝及铝合金容易氧化，表面存在一层致密、坚固难熔的氧化膜，所以焊前要求对其表面进行去膜 处理，因此焊接时，要用氩等惰性气体进行保护。 铝及铝合金焊接时易产生气孔、热裂纹等缺陷。 对于热处理型铝合金来说，必须避免在焊接时热影响区产生软化，强度降低的问题。
2014铝合金搅拌摩擦焊缝的拉锻式摩擦塞补焊
第30卷 第1期2010年2月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV o l 30,N o 1 F ebu rary 20102014铝合金搅拌摩擦焊缝的拉锻式摩擦塞补焊赵衍华, 刘景铎, 张丽娜, 孙忠绍, 王国庆(首都航天机械公司,北京100076)摘要:采用拉锻式摩擦塞补焊方法对4mm 厚的2014铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷进行了补焊,焊后对塞补焊接头的微观组织和拉伸性能进行了分析。
研究结果表明,摩擦塞补焊接头分为焊缝区、热影响区和母材区三部分,焊缝由细小的等轴再结晶组织构成。
选择合适的焊接参数和接头结构,塞补焊接头的抗拉强度可以达到330M Pa 以上,达到或超过搅拌摩擦焊接头强度。
塞补焊接头微观硬度分析表明,塞补焊后接头焊缝区硬度较高,但整体硬度变化不大。
关键词:摩擦塞补焊;2014铝合金;接头组织;力学性能;微观硬度DO I :10 3969/j i ssn 1005 5053 2010 1 008中图分类号:TG453 文献标识码:A 文章编号:1005 5053(2010)01 0041 06收稿日期:2009 03 10;修订日期:2009 05 10作者简介:赵衍华(1977 ),男,博士,高级工程师,主要从事搅拌摩擦焊、摩擦塞补焊等固相焊研究,(E m a il)zaneyan hua @sohu .co m 。
2014铝合金具有高的比强度、比模量、断裂韧度和耐腐蚀稳定性,是航天工业中应用最广泛的有色金属结构材料之一。
在2014铝合金加工和使用过程中需要广泛应用焊接技术,而焊接缺陷不可避免。
当前绝大部分焊接缺陷都采用传统的手工T I G 焊进行修补。
该方法操作简便,但热输入量大,易引起焊缝局部区域晶粒长大,同时在补焊部位引起较大的残余应力和变形,严重影响接头质量。
因此迫切需要一种新的补焊技术代替传统的手工T I G 修补焊。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第26卷 第6期2006年12月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV ol 126,N o 16D ecember 200601420铝锂合金的搅拌摩擦焊接魏世同,郝传勇(中国科学院金属研究所,沈阳110016)摘要:对2mm 厚的01420铝锂合金薄板实现了搅拌摩擦焊接(FS W ),分析焊接接头的微观组织形态,研究焊接工艺参数对搅拌摩擦焊接接头成型和接头性能的影响,并与氩弧焊接接头性能相比较。
结果表明,当工艺参数选取得当时,焊缝成型较好,表面光洁,焊接接头的强度可达到母材强度的77%,接头的弯曲角可达到180b ,均高于氩弧焊接接头。
关键词:搅拌摩擦焊;氩弧焊接;01420铝锂合金;微观组织;力学性能中图分类号:TG457.14 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2006)06-0021-05收稿日期:2005-10-17;修订日期:2005-12-01作者简介:魏世同(1981)),男,硕士,(E -ma il)st we i @i m r .ac .cn 。
铝锂合金具有较低的密度,较高的强度,在航空航天领域显示出广阔的应用前景。
初期铝锂合金主要用于航空结构,完全靠机械连接,随着铝锂合金的进一步推广应用,其焊接性研究日益受到重视,铝及其合金熔焊时的主要问题有:焊接气孔、接头弱化、焊接热裂纹等。
铝锂合金焊接接头强度降低及焊缝气孔问题更为突出,产生气孔与铝锂合金表面氧化膜有关,焊接时表面膜吸附气体和膜中化合物分解放出的气体成为焊缝气孔来源[1],因此焊前要用机械和化学法清理表面,除去氧化膜,由于此过程比较繁琐,极大降低生产率。
搅拌摩擦焊(FS W )是一种新型固相连接技术,由英国剑桥焊接研究所于1991年10月提出发明专利,与传统的熔化焊相比,接头不会产生与熔化有关的一些焊接缺陷,如裂纹、气孔及合金元素烧损等;焊接过程中无需填充材料和保护气体;焊前无需进行复杂的处理工作;焊接时能量消耗比传统焊接方法低[2]。
目前此种焊接方法已应用于造船、航空、桥梁、汽车等工业[3]。
本工作采用搅拌摩擦焊接技术对01420铝锂合金进行焊接,分析不同焊接工艺参数对接头质量的影响,力图找出较合适的焊接工艺参数,并与01420铝锂合金氩弧焊接接头的性能进行比较。
1 实 验试验所用待焊材料为2mm 厚的01420铝锂合金薄板,化学成分及力学性能分别示于表1和2。
搅拌摩擦焊所使用的搅拌头采用1C r 18N i 9T i 不锈钢制造,焊针形状为圆台状,顶部直径2mm,根部直径2.6mm,肩部直径9mm,焊接过程中所用压力147~272.4N,搅拌头旋转速度480~1960r/m i n ,焊接速度23.5~85.7mm /m in 。
焊后按照观测要求制备金相试样,所选腐蚀剂为1%H F +1.5%H C l+215%HNO 3+95%H 2O,用光学显微镜观察接头各区域的组织,并对接头进行力学性能实验。
氩弧焊时采用与待焊材料相同的01420焊丝,焊接试板开120b V 型坡口,焊前对试板和焊丝用30%Na OH 水溶液清洗,然后用30%HNO 3水溶液中和,清洗后8h 内焊接,焊前对试板和焊丝进行刮削,焊接时对试板正面和背面进行氩气保护,以防止气孔产生。
采用手工钨极氩弧焊,交流方波电源,工艺参数:电流90~100A,电压10~11V,焊接速度150mm /m i n ,正面气流量8L /m i n ,背面气流量5~7L /m in 。
焊后去掉焊缝加强高,并对接头进行力学性能实验。
表1 01420铝锂合金的化学成分/w t %T ab l e 1 Chem ica l compositi on of 01420A -l L i a lloy L i M g Z r F e Si A l 1.9-2.24.8-5.20.08-0.150.10.2Ba l表2 01420铝锂合金的力学性能T able 2 M echan i ca l properties o f 01420A -l L i a ll oy T ensil e streng t h /M P a Y ield streng t h /M P a E longation /%4813418航空材料学报第26卷2实验结果及分析2.1接头成型表3列出了在不同焊接工艺参数下01420铝锂合金搅拌摩擦焊接接头的表面质量,由于搅拌摩擦焊接过程产热较少、温度较低,形成接头后铝锂合金板材几乎没有变形,图1列出了搅拌摩擦焊接接头的表面照片。
当搅拌头肩部对工件表面的压力较小时,焊缝表面会出现沟槽型缺陷;随着压力的增加,沟槽缺陷逐渐消失;当压力过大时,搅拌头压入工件表面过深,造成焊缝表面下陷,同时会产生较大的飞边。
当旋转速度不变,焊接速度较慢时,焊缝热输入量过大,背面易出现熔化现象;随着焊接速度的增大,焊缝表面逐渐变的光亮,背面熔化现象消失,成型较美观;焊接速度进一步增大时,焊缝质量变差,表面出现比较明显的弧形条纹,甚至会形成沟槽缺陷。
对于一定的焊接速度,当搅拌头转速过低时,接头得不到足够的热量使材料完全塑化,金属间只实现了局部结合,因此很容易出现沟槽缺陷;而当转速过大时,又会造成表面严重下陷,产生较大飞边,搅拌摩擦焊接过程中常见的表面缺陷如图2。
由于在搅拌摩擦焊接过程中,主要热量来自于搅拌头肩部与工件的摩擦热[4],因此搅拌头肩部尺寸对焊缝表面质量也有很大影响,肩部尺寸较小时,摩擦热输入量过小,不能实现连接;当肩部尺寸较大时,又会造成热输入量过大,导致焊缝宽度增加。
综上所述,接头的成形质量与焊接过程中的热输入量及变形能紧密相关,在搅拌摩擦焊接过程中,单位时间内输入焊缝的总热量为[5]:E=PL PRr21+r1r2+r2245(r1+r2)(1)式中:r1为搅拌头肩部的半径;r2为焊针的半径;L为摩擦系数;P表示由肩部作用到被焊工件上的压力; R为搅拌头的旋转速度,则输入单位长度焊缝的热量可表示为:e=PL PRr21+r1r2+r2245V(r1+r2)(2)式中:V为焊接速度。
表3不同焊接工艺参数下接头的表面质量、弯曲角、抗拉强度及断裂位置T able3A ppearance quality,bendi ng ang le,tensil e streng t h and frac t ure l ocation o f the FS W we l ds a t different w eldi ng param etersN o.Pressure/N R ota ti on speed/rpmW e ldi ng speed/mm#m i n-1Appea rancequa li tyBend i ngang le/(b)T ensile strength/M P aF racture loca ti on1147.093054.5Fa ir180225.2SZ*2173.5137054.5Best180362.5Inter face bet ween SZ and TM A Z**3191.193054.5G ood180281.0SZ 4173.593054.5Fa ir180280.1SZ5199.993054.5Best180363.5Inter face bet ween SZ and TM AZ6147.0196054.5G ood180335.7SZ 7219.560054.5Fa ir180289.7SZ 8199.9196054.5W orst180297.2SZ 9199.993085.7Fa ir180327.1SZ10199.993023.5Bad180371.1Inter face bet ween SZ and TM AZ11246.060054.5G ood180359.5Inter face bet ween SZ and TM AZ12272.460085.7Fa ir180296.4SZ13272.448054.5G ood65370.7Inter face bet ween SZ and TM AZ*SZ)stirred zone;**TMA Z)t her m o-m echan ica ll y a ffected zone. 22第6期01420铝锂合金的搅拌摩擦焊接图1焊缝的外观(a)上表面;(b)下表面F ig.1Appea rance o f the w e l d(a)upper surface;(b)root surface图2搅拌摩擦焊接过程中出现的表面缺陷F i g.2Surface defects appea r dur i ng fricti on sti r w eldi ng2.2接头组织图3为01420铝锂合金搅拌摩擦焊接接头的断面宏观图,接头形状取决于搅拌头形状、所使用的焊接工艺参数及待焊材料的导热性能。
搅拌摩擦焊接接头可分为4个区域:搅拌区(SZ)、热机械影响区(T MAZ)、热影响区(HAZ)及母材(B M)。
搅拌头同时进行的旋转运动和直线运动造成了接头两边的不对称性,其中一边搅拌头的旋转方向与其直线运动方向相同,被称为前进边(AS)。
而另一边,搅拌头的旋转方向与其直线运动方向相反,被称为返回边(RS)。
如图4所示,在前进边搅拌区与热机械影响区的分界线比返回边的明显,这是由于在搅拌摩擦焊接过程中,搅拌头前端的母材晶粒在搅拌头的旋转作用下发生变形,随着晶粒应变量的增加,此晶粒沿着旋转方向被拉长,形成纤维状的晶粒,纵横比很大,当晶粒宽度接近一个亚晶粒的宽度时,该晶粒会在应力作用下分裂成一串很细小的晶粒,这些细小的晶粒在摩擦热及变形能的作用下发生少许长大,成为均匀的等轴晶,在搅拌摩擦焊接过程中,搅拌头前方的金属随搅拌头旋转,先经过返回边,最后到达前进边,经过返回边时,某些晶粒已经进行足够的变形,发生分裂,进而形成等轴晶。
而有些晶粒的应变量还不足以使其发生分裂,因而不能形成等轴晶,而成为与热机械影响区相同的变形晶粒,但所有晶粒在到达前进边之前,均已发生分裂而形成等轴晶,因此在返回边搅拌区与热机械影响区的分界线不如前图3接头的断面图(a)无缺陷;(b)有孔洞F i g.3Cro ss secti ons o f the j o i ns(a)w ithout defects;(b)w ith vo id图4搅拌区与热机械影响区的分界面(a)返回边;(b)前进边F i g.4Interface o f SZ and TMA Z(a)retrea ting si de;(b)adv anc i ng si de23航空材料学报第26卷图5微观组织(a)母材;(b)搅拌区;(c)氩弧焊接接头焊缝区F ig.5M i crostructure(a)B M;(b)SZ;(c)w eld zone o f the argon-arc w e l d i ng jo i nt进边的明显。