铝合金搅拌摩擦焊



铝合金搅拌摩擦焊

铝合金在汽车上的应用变得越来越广泛，尤其是AA2×××系列至AA7×××系列的铝合金，该项系列的铝合金具有较高的强度、耐腐蚀性、热稳定性以及良好的可焊性、导电性和可回收性。目前，金属材料的焊接多采用熔焊的方法，但这种焊接方法不适于铝合金、钛合金、镁合金等有色金属材料，有色金属材料若采用熔焊，则在焊接处将产生裂纹、变形、残余应力等问题，因此开始采用专门用于有色金属材料焊接的一种固态焊接技术即搅拌摩擦焊。与传统熔焊相比，经搅拌摩擦焊焊接的工件不易变形、能一次完成较长焊缝的焊接，且能耗和成本低，适合异种材料焊接，同时焊接过程无需添加焊丝，整个过程安全、无污染、无烟尘、无辐射等。本文以Al6061-T6铝合金板和Al5052铝合金板为例，研究使用搅拌摩擦焊形成焊接处的力学性能及其微观结构的变化。

搅拌摩擦焊是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源，将各种形状的搅拌针伸入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化，同时对材料进行搅拌摩擦完成焊接。整个焊接过程的温度低于材料的熔化温度，因而焊缝中无气孔，改善了焊接处的力学性能。搅拌摩擦焊的焊接质量受不同工艺参数的影响，如搅拌针转速、移动速度、几何形状和倾斜角度等。试验在专门设计的夹具上进行，选择尺寸为200mm×100mm×3mm的Al6061-T6铝合金试样和Al5052铝合金试样；设定搅拌针的倾斜角度为3°；分别使用锥形和六角形两种形状的搅拌针，转速设定为900、1120、1400r/min，移动速度设定为60、80、100mm/min。对焊接后得到的样品进行拉伸试验和冲击试验，使用光学显微镜和扫描电子显微镜观察断裂处的微观结构变化。分析发现，在众多不同工艺参数组合下，当使用锥形搅拌针和设定搅拌针转速为900r/min、移动速度为60mm/min时，焊接处没有产生任何缺陷；而采用六角形搅拌针时，则由于搅拌针的撤出而产生一个退出孔缺陷，因而该类搅拌针不适合于汽车工业中应用。

M.J.Rathod et al.SAE 2014-28-0015.

编译：王祥