复合铝合金轻量级组件的焊接和纺丝结合技术



复合铝合金轻量级组件的焊接和纺丝结合技术

刊名：Materials Today: Proceedings（英）

刊期：2015年第2期

作者：V. Vovk et al

编译：王迪

在汽车和航空领域中，若某种材料可实现质量减轻、寿命提高、性能优化、功耗减小等目标，则将受到广泛关注，而复合材料具备了上述优异性能，因此复合材料和铝合金取代钢变得越来越广泛。但是，焊接铝钢管材的成本较高且焊接对焊缝的应力和几何公差热冲击有很大影响，尤其是焊接铝合金时会显著增加残余应力和开裂的风险，使型材的应用范围受到了尺寸和特殊材料的限制。因此，提出了焊接与纺丝结合技术，该技术在实现复合材料结合并能提供较高材料性能的同时可减轻材料的质量。

开发了一种复合铝合金轻量级组件的焊接和纺丝结合的方法，其主要基于以下几点。①焊接铝管存在的问题主要是接缝区域中的热接合，焊接供给热量以产生内应力从而改变微观结构，形成尺寸公差。而激光焊接和摩擦搅拌焊接用于该接合处理时，不会让材料吸收过多的热量而产生较大的内应力，这些焊接方法传递给材料的能量较低。②纺丝作为旋转成形技术，需要纺丝心轴和纺丝辊共同作用在半成品表面上。随着纺丝半成品长度的增加，材料在纵向方向上“流动”，这种扩展的纺丝技术可以提高焊接的强度、耐腐蚀、耐磨损性，同时可减少开裂和破损，并将焊缝平坦化。如果材料的延展性不足，则常规焊接无法完成，因此在定义好工艺参数和压力负荷下应用焊接和纺丝技术，可减小焊接区域的残余应力。

进行两种焊接情况下的有限元分析：①对只进行焊接的部件进行了有限元分析；②对通过焊接和纺丝结合技术进行加工的部件进行有限元分析。对比分析结果表明，焊接和纺丝结合技术能显著改善焊缝区的应力分布，可使部件具有较好的力学性能。