鋁合金攪拌摩擦焊

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鋁合金攪拌摩擦焊

鋁合金在汽車上的應用變得越來越廣泛，尤其是AA2×××系列至AA7×××系列的鋁合金，該項系列的鋁合金具有較高的強度、耐腐蝕性、熱穩定性以及良好的可焊性、導電性和可回收性。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，則在焊接處將產生裂紋、變形、殘余應力等問題，因此開始采用專門用于有色金屬材料焊接的一種固態焊接技術即攪拌摩擦焊。與傳統熔焊相比，經攪拌摩擦焊焊接的工件不易變形、能一次完成較長焊縫的焊接，且能耗和成本低，適合異種材料焊接，同時焊接過程無需添加焊絲，整個過程安全、無污染、無煙塵、無輻射等。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性能及其微觀結構的變化。

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，通過焊頭的高速旋轉，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，同時對材料進行攪拌摩擦完成焊接。整個焊接過程的溫度低于材料的熔化溫度，因而焊縫中無氣孔，改善了焊接處的力學性能。攪拌摩擦焊的焊接質量受不同工藝參數的影響，如攪拌針轉速、移動速度、幾何形狀和傾斜角度等。試驗在專門設計的夾具上進行，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，轉速設定為900、1120、1400r/min，移動速度設定為60、80、100mm/min。對焊接后得到的樣品進行拉伸試驗和沖擊試驗，使用光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察斷裂處的微觀結構變化。分析發現，在眾多不同工藝參數組合下，當使用錐形攪拌針和設定攪拌針轉速為900r/min、移動速度為60mm/min時，焊接處沒有產生任何缺陷；而采用六角形攪拌針時，則由于攪拌針的撤出而產生一個退出孔缺陷，因而該類攪拌針不適合于汽車工業中應用。

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

編譯：王祥