復合鋁合金輕量級組件的焊接和紡絲結合技術

?

復合鋁合金輕量級組件的焊接和紡絲結合技術

刊名：Materials Today: Proceedings（英）

刊期：2015年第2期

作者：V. Vovk et al

編譯：王迪

在汽車和航空領域中，若某種材料可實現質量減輕、壽命提高、性能優化、功耗減小等目標，則將受到廣泛關注，而復合材料具備了上述優異性能，因此復合材料和鋁合金取代鋼變得越來越廣泛。但是，焊接鋁鋼管材的成本較高且焊接對焊縫的應力和幾何公差熱沖擊有很大影響，尤其是焊接鋁合金時會顯著增加殘余應力和開裂的風險，使型材的應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合技術，該技術在實現復合材料結合并能提供較高材料性能的同時可減輕材料的質量。

開發了一種復合鋁合金輕量級組件的焊接和紡絲結合的方法，其主要基于以下幾點。①焊接鋁管存在的問題主要是接縫區域中的熱接合，焊接供給熱量以產生內應力從而改變微觀結構，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，不會讓材料吸收過多的熱量而產生較大的內應力，這些焊接方法傳遞給材料的能量較低。②紡絲作為旋轉成形技術，需要紡絲心軸和紡絲輥共同作用在半成品表面上。隨著紡絲半成品長度的增加，材料在縱向方向上“流動”，這種擴展的紡絲技術可以提高焊接的強度、耐腐蝕、耐磨損性，同時可減少開裂和破損，并將焊縫平坦化。如果材料的延展性不足，則常規焊接無法完成，因此在定義好工藝參數和壓力負荷下應用焊接和紡絲技術，可減小焊接區域的殘余應力。

進行兩種焊接情況下的有限元分析：①對只進行焊接的部件進行了有限元分析；②對通過焊接和紡絲結合技術進行加工的部件進行有限元分析。對比分析結果表明，焊接和紡絲結合技術能顯著改善焊縫區的應力分布，可使部件具有較好的力學性能。