車身異種鋁合金攪拌摩擦焊的疲勞特性分析

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材料而具有比強度高、導熱率高等特點，并具有良好的加工性能、低溫性能和耐腐蝕性，因而在汽車行業輕量化發展趨勢下，其被廣泛應用在汽車上。由于鋁合金中材料含量不同，因而表現出不同的力學性能，如AA5754鋁合金具有較高的強度而用于發動機部件的制造；AA6082鋁合金具有中等強度，但可成型性和可機械加工性較好，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，采用傳統熱融化焊接方法進行連接時，鋁合金表面極易形成不易融化的氧化膜，會造成氣孔、裂紋等焊接缺陷。基于此，開始采用攪拌摩擦焊，該焊接方法是一種固態塑化連接方法，能夠完美地實現異種鋁合金的連接。對攪拌摩擦焊連接試樣的疲勞特性進行了分析。

攪拌摩擦焊工具包含3個部分：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為攪拌探頭的垂直壓力、平移速度和旋轉速度。進行試樣制造時，選擇如圖1所示的AA5754鋁合金和AA6082鋁合金板件。采用ESABLEGIO?3UL數控機床對兩種鋁合金材料進行攪拌摩擦焊。設定多種不同的攪拌探頭垂直壓力、平移速度和旋轉速度組合，如表1所示。對連接后的試樣按照ASTM E0466標準進行疲勞特性測試，在疲勞特性試驗機上設置試樣負荷值為250kN、應力循環比為0.1。試驗停止條件為試樣被破壞或循環5×106個周期。除此之外，還利用有限元軟件對試樣進行疲勞特性分析。結果表明：①有限元結果與試驗結果的最大差異為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對疲勞特性的影響可以忽略不計。

圖1 鋁合金板件試樣

表1 攪拌摩擦焊參數

刊名：International Journal of Fatigue（英）

刊期：2016年第82期

作者：V.Infante

編譯：王淼