南車株洲電力機(jī)車有限公司 （湖南 412001） 席偉明 張健涌

1.概述

攪拌摩擦焊（FSW）是英國(guó)焊接研究所1991年發(fā)明的一種高效、低耗、低成本、符合環(huán)境要求的新型固態(tài)連接技術(shù)，屬于壓力焊。2010年我公司成為我國(guó)首個(gè)將攪拌摩擦焊技術(shù)成功應(yīng)用在城軌車輛側(cè)墻制造的公司。2011年我公司通過(guò)購(gòu)進(jìn)側(cè)墻攪拌摩擦焊設(shè)備、車鉤板攪拌摩擦焊設(shè)備及長(zhǎng)地板攪拌摩擦焊設(shè)備，將攪拌摩擦焊應(yīng)用在馬來(lái)西亞動(dòng)車組、昆明地鐵、鄭州地鐵等項(xiàng)目的側(cè)墻上，并完成了車鉤板、枕梁及長(zhǎng)地板的攪拌摩擦焊的應(yīng)用研究，使得攪拌摩擦焊技術(shù)在軌道交通制造行業(yè)的應(yīng)用得到迅速發(fā)展和完善。

2.研究的背景及意義

攪拌摩擦焊技術(shù)發(fā)展迅速，但是在發(fā)展初期，仍然存在一些問(wèn)題，設(shè)計(jì)、工藝、操作者技能等都需要完善。

在攪拌摩擦焊生產(chǎn)時(shí)，可能出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題有：平面度超差，溝槽、飛邊、壓入量過(guò)大等（見(jiàn)圖1～圖4），如果將不合格產(chǎn)品報(bào)廢，將會(huì)造成很大浪費(fèi)，需要使用調(diào)平、弧焊補(bǔ)焊等方法進(jìn)行返工。由于返工后焊縫組織性能、應(yīng)力狀態(tài)等各方面都可能改變，所以必須通過(guò)試驗(yàn)，驗(yàn)證補(bǔ)焊后焊縫組織力學(xué)性能是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。本文用側(cè)墻攪拌摩擦焊設(shè)備對(duì)昆明項(xiàng)目側(cè)墻進(jìn)行調(diào)平、補(bǔ)焊試驗(yàn)，并對(duì)焊后試件進(jìn)行必要的力學(xué)性能試驗(yàn)，最后驗(yàn)證返工方案的可行性。

圖1 平面度不合格

圖2 大量的飛邊

圖3 溝槽缺陷

圖4 由于操作出現(xiàn)的缺陷

3.本課題研究的內(nèi)容及工藝試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)類型 本文通過(guò)試驗(yàn)對(duì)每種返工方案進(jìn)行試驗(yàn)，最后確定返工方案的可行性，為此我們對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行分類，詳細(xì)分類如表1所示。

表1 試驗(yàn)類型

（2）試驗(yàn)材料 攪拌摩擦焊接頭采用對(duì)搭接接頭，本試驗(yàn)采用KM項(xiàng)目大側(cè)墻板進(jìn)行試驗(yàn)，攪拌摩擦焊焊接接頭與MIG焊補(bǔ)焊焊接接頭形式如圖5所示。

圖5 接頭形式

（2）焊接參數(shù) 具體焊接參數(shù)如表2所示。

表2 攪拌摩擦焊焊接及調(diào)平參數(shù)

（3）試驗(yàn)方法 本試驗(yàn)是根據(jù)焊接、取樣、進(jìn)行宏觀試驗(yàn)、拉伸彎曲試驗(yàn)順序進(jìn)行，每一步驟嚴(yán)格參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，參照標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 試驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)

（4）試驗(yàn)編號(hào) 根據(jù)試驗(yàn)類型及試驗(yàn)方法對(duì)試件進(jìn)行編號(hào)，如表4所示。

表4 試樣編號(hào)

4.試驗(yàn)結(jié)果

（1）宏觀金相試驗(yàn)結(jié)果 宏觀試驗(yàn)結(jié)果如圖5～圖14所示，從宏觀金相圖上看，熔深都達(dá)到要求，沒(méi)有隧道、氣孔、裂紋等缺陷，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖5 A01-1

圖6 A01-2

圖7 B01-1

圖8 B01-2

圖9 C01-1

圖10 C01-2

圖11 D01-1

圖12 D01-2

圖13 E01-1

圖14 E01-2

（2）拉伸試驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)ISO 25239要求，試件抗拉強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到母材的60%。拉伸試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。從表5中可以看出，所有拉伸試件抗拉強(qiáng)度均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

第一，第二類與第一類相比，說(shuō)明在FSW后再調(diào)平，某些焊縫抗拉強(qiáng)度有所提高。

第二，第三類、第四類與第一類相比，說(shuō)明MIG焊補(bǔ)焊，焊縫抗拉強(qiáng)度有所下降。

第三，第五類與第一類比較，說(shuō)明重復(fù)焊接兩次后，部分接頭抗拉強(qiáng)度有所提高。

表5 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

（3）彎曲試驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)ISO 25239的要求，彎曲直徑根據(jù)公式計(jì)算彎曲試件彎曲角度要達(dá)到180°。彎曲試驗(yàn)結(jié)果如表6所示，從表6中可以看出，彎曲試件全部滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表6 彎曲試驗(yàn)結(jié)果

5.結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)側(cè)墻板攪拌摩擦焊焊縫使用攪拌摩擦焊調(diào)平、弧焊補(bǔ)焊、重復(fù)焊接等方法進(jìn)行返工后的焊縫性能進(jìn)行研究，確定了攪拌摩擦焊焊縫調(diào)平、弧焊補(bǔ)焊及重復(fù)焊接的可行性。由于生產(chǎn)中存在不定因素，建議在每次返工時(shí)，按照以上方法重新做工藝試驗(yàn)，排除不定因素的影響。