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鋁合金攪拌摩擦焊

鋁合金在汽車上的應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛，尤其是AA2×××系列至AA7×××系列的鋁合金，該項(xiàng)系列的鋁合金具有較高的強(qiáng)度、耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性以及良好的可焊性、導(dǎo)電性和可回收性。目前，金屬材料的焊接多采用熔焊的方法，但這種焊接方法不適于鋁合金、鈦合金、鎂合金等有色金屬材料，有色金屬材料若采用熔焊，則在焊接處將產(chǎn)生裂紋、變形、殘余應(yīng)力等問(wèn)題，因此開(kāi)始采用專門(mén)用于有色金屬材料焊接的一種固態(tài)焊接技術(shù)即攪拌摩擦焊。與傳統(tǒng)熔焊相比，經(jīng)攪拌摩擦焊焊接的工件不易變形、能一次完成較長(zhǎng)焊縫的焊接，且能耗和成本低，適合異種材料焊接，同時(shí)焊接過(guò)程無(wú)需添加焊絲，整個(gè)過(guò)程安全、無(wú)污染、無(wú)煙塵、無(wú)輻射等。本文以Al6061-T6鋁合金板和Al5052鋁合金板為例，研究使用攪拌摩擦焊形成焊接處的力學(xué)性能及其微觀結(jié)構(gòu)的變化。

攪拌摩擦焊是利用摩擦熱與塑性變形熱作為焊接熱源，將各種形狀的攪拌針伸入工件的接縫處，通過(guò)焊頭的高速旋轉(zhuǎn)，使其與焊接工件材料摩擦，從而使連接部位的材料溫度升高軟化，同時(shí)對(duì)材料進(jìn)行攪拌摩擦完成焊接。整個(gè)焊接過(guò)程的溫度低于材料的熔化溫度，因而焊縫中無(wú)氣孔，改善了焊接處的力學(xué)性能。攪拌摩擦焊的焊接質(zhì)量受不同工藝參數(shù)的影響，如攪拌針轉(zhuǎn)速、移動(dòng)速度、幾何形狀和傾斜角度等。試驗(yàn)在專門(mén)設(shè)計(jì)的夾具上進(jìn)行，選擇尺寸為200mm×100mm×3mm的Al6061-T6鋁合金試樣和Al5052鋁合金試樣；設(shè)定攪拌針的傾斜角度為3°；分別使用錐形和六角形兩種形狀的攪拌針，轉(zhuǎn)速設(shè)定為900、1120、1400r/min，移動(dòng)速度設(shè)定為60、80、100mm/min。對(duì)焊接后得到的樣品進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)，使用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察斷裂處的微觀結(jié)構(gòu)變化。分析發(fā)現(xiàn)，在眾多不同工藝參數(shù)組合下，當(dāng)使用錐形攪拌針和設(shè)定攪拌針轉(zhuǎn)速為900r/min、移動(dòng)速度為60mm/min時(shí)，焊接處沒(méi)有產(chǎn)生任何缺陷；而采用六角形攪拌針時(shí)，則由于攪拌針的撤出而產(chǎn)生一個(gè)退出孔缺陷，因而該類攪拌針不適合于汽車工業(yè)中應(yīng)用。

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

編譯：王祥