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復(fù)合鋁合金輕量級(jí)組件的焊接和紡絲結(jié)合技術(shù)

刊名：Materials Today: Proceedings（英）

刊期：2015年第2期

作者：V. Vovk et al

編譯：王迪

在汽車(chē)和航空領(lǐng)域中，若某種材料可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量減輕、壽命提高、性能優(yōu)化、功耗減小等目標(biāo)，則將受到廣泛關(guān)注，而復(fù)合材料具備了上述優(yōu)異性能，因此復(fù)合材料和鋁合金取代鋼變得越來(lái)越廣泛。但是，焊接鋁鋼管材的成本較高且焊接對(duì)焊縫的應(yīng)力和幾何公差熱沖擊有很大影響，尤其是焊接鋁合金時(shí)會(huì)顯著增加殘余應(yīng)力和開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)，使型材的應(yīng)用范圍受到了尺寸和特殊材料的限制。因此，提出了焊接與紡絲結(jié)合技術(shù)，該技術(shù)在實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)合并能提供較高材料性能的同時(shí)可減輕材料的質(zhì)量。

開(kāi)發(fā)了一種復(fù)合鋁合金輕量級(jí)組件的焊接和紡絲結(jié)合的方法，其主要基于以下幾點(diǎn)。①焊接鋁管存在的問(wèn)題主要是接縫區(qū)域中的熱接合，焊接供給熱量以產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力從而改變微觀結(jié)構(gòu)，形成尺寸公差。而激光焊接和摩擦攪拌焊接用于該接合處理時(shí)，不會(huì)讓材料吸收過(guò)多的熱量而產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，這些焊接方法傳遞給材料的能量較低。②紡絲作為旋轉(zhuǎn)成形技術(shù)，需要紡絲心軸和紡絲輥共同作用在半成品表面上。隨著紡絲半成品長(zhǎng)度的增加，材料在縱向方向上“流動(dòng)”，這種擴(kuò)展的紡絲技術(shù)可以提高焊接的強(qiáng)度、耐腐蝕、耐磨損性，同時(shí)可減少開(kāi)裂和破損，并將焊縫平坦化。如果材料的延展性不足，則常規(guī)焊接無(wú)法完成，因此在定義好工藝參數(shù)和壓力負(fù)荷下應(yīng)用焊接和紡絲技術(shù)，可減小焊接區(qū)域的殘余應(yīng)力。

進(jìn)行兩種焊接情況下的有限元分析：①對(duì)只進(jìn)行焊接的部件進(jìn)行了有限元分析；②對(duì)通過(guò)焊接和紡絲結(jié)合技術(shù)進(jìn)行加工的部件進(jìn)行有限元分析。對(duì)比分析結(jié)果表明，焊接和紡絲結(jié)合技術(shù)能顯著改善焊縫區(qū)的應(yīng)力分布，可使部件具有較好的力學(xué)性能。