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高塑性鑄造鋁合金攪拌摩擦點(diǎn)焊連接的研究

為改善汽車燃油經(jīng)濟(jì)性，汽車行業(yè)正朝著輕量化方向發(fā)展。在保持車身和底盤性能的基礎(chǔ)上，越來(lái)越多的高塑性鑄造鋁合金被用于汽車零部件制造，以取代原有較重的鋼鐵和鋼鐵合金制造部件，實(shí)現(xiàn)汽車輕量化。然而，高塑性鑄造鋁合金的連接技術(shù)是一個(gè)難題，目前常用的鋁合金連接技術(shù)-自沖鉚接技術(shù)，要求連接的鋁合金延展性大于10％，這使得普通高韌性鋁合金需要進(jìn)行T6熱處理，這將增加鋁合金零部件的制造成本，并可能引起鋁合金部件的開裂。因此，需要對(duì)連接鑄造鋁合金的焊接技術(shù)進(jìn)行研究，尤其是攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)，探究其是否可以不經(jīng)過(guò)熱處理即可實(shí)現(xiàn)鑄造鋁合金的連接。

試驗(yàn)選用常用的Aural-2?鑄造鋁合金，其由鋁、硅鑄造而成，多作為薄壁、高完整性鑄件的原材料，其與普通鋁合金相比具有較高的延展性。攪拌摩擦點(diǎn)焊是一種利用固態(tài)混合工藝連接兩種材料的過(guò)程。首先，連接時(shí)將一個(gè)旋轉(zhuǎn)鉆頭壓入材料內(nèi)部，直至達(dá)到一定深度或一定負(fù)荷；然后，將該鉆頭在特定位置保持一定時(shí)間；之后，將鉆頭拉出，鉆頭的旋轉(zhuǎn)使需要連接的金屬熔化并融合在一起，形成一塊焊接區(qū)域。試驗(yàn)選用力拓集團(tuán)制造的Aural-2?鑄造鋁合金板材，尺寸為127mm× 305mm×2.5mm，該合金板的力學(xué)性能沿伸長(zhǎng)方向均勻分布，無(wú)需處理即可直接用于加工或進(jìn)行T6熱處理。攪拌摩擦點(diǎn)焊使用川崎焊接機(jī)器人進(jìn)行。試驗(yàn)前需要制造連接樣件，①將Aural-2?鑄造鋁合金進(jìn)行T6熱處理，并采用自沖鉚接技術(shù)與其本身及5754鋁材和6061鋁材連接；②Aural-2?鑄造鋁合金不進(jìn)行T6熱處理，采用攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)將其與其本身及5754鋁材和6061鋁材連接。利用MTS液壓測(cè)試架進(jìn)行靜態(tài)加載試驗(yàn)和疲勞測(cè)試的結(jié)果表明：使用攪拌摩擦點(diǎn)焊可以實(shí)現(xiàn)Aural-2?鑄造鋁合金與其自身及其它鋁合金的連接，且靜態(tài)加載試驗(yàn)與疲勞測(cè)試結(jié)果與經(jīng)過(guò)T6熱處理后，采取自沖鉚接技術(shù)的鋁合金性能相同。

Joy H Forsmark et al. SAE 2014-01-0793.

編譯：王祥