性能分析與控制

車身異種鋁合金攪拌摩擦焊的疲勞特性分析

鋁合金作為典型的輕質(zhì)材料而具有比強(qiáng)度高、導(dǎo)熱率高等特點(diǎn)，并具有良好的加工性能、低溫性能和耐腐蝕性，因而在汽車行業(yè)輕量化發(fā)展趨勢(shì)下，其被廣泛應(yīng)用在汽車上。由于鋁合金中材料含量不同，因而表現(xiàn)出不同的力學(xué)性能，如AA5754鋁合金具有較高的強(qiáng)度而用于發(fā)動(dòng)機(jī)部件的制造；AA6082鋁合金具有中等強(qiáng)度，但可成型性和可機(jī)械加工性較好，其可用于車身部件的制造。因此，這就涉及到異種鋁合金的連接，采用傳統(tǒng)熱融化焊接方法進(jìn)行連接時(shí)，鋁合金表面極易形成不易融化的氧化膜，會(huì)造成氣孔、裂紋等焊接缺陷?；诖?，開始采用攪拌摩擦焊，該焊接方法是一種固態(tài)塑化連接方法，能夠完美地實(shí)現(xiàn)異種鋁合金的連接。對(duì)攪拌摩擦焊連接試樣的疲勞特性進(jìn)行了分析。

攪拌摩擦焊工具包含3個(gè)部分：攪拌探頭、軸肩和固定夾具。影響攪拌摩擦焊連接性能的主要參數(shù)為攪拌探頭的垂直壓力、平移速度和旋轉(zhuǎn)速度。進(jìn)行試樣制造時(shí)，選擇如圖1所示的AA5754鋁合金和AA6082鋁合金板件。采用ESABLEGIO?3UL數(shù)控機(jī)床對(duì)兩種鋁合金材料進(jìn)行攪拌摩擦焊。設(shè)定多種不同的攪拌探頭垂直壓力、平移速度和旋轉(zhuǎn)速度組合，如表1所示。對(duì)連接后的試樣按照ASTM E0466標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行疲勞特性測(cè)試，在疲勞特性試驗(yàn)機(jī)上設(shè)置試樣負(fù)荷值為250kN、應(yīng)力循環(huán)比為0.1。試驗(yàn)停止條件為試樣被破壞或循環(huán)5×106個(gè)周期。除此之外，還利用有限元軟件對(duì)試樣進(jìn)行疲勞特性分析。結(jié)果表明：①有限元結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的最大差異為0.9%；②攪拌摩擦焊連接處的疲勞特性低于材料本身的疲勞特性；攪拌摩擦焊不同參數(shù)對(duì)疲勞特性的影響可以忽略不計(jì)。

圖1 鋁合金板件試樣

表1 攪拌摩擦焊參數(shù)

刊名：International Journal of Fatigue（英）

刊期：2016年第82期

作者：V.Infante

編譯：王淼