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《鋁∕銅異種金屬搭接無傾角微攪拌摩擦焊接工藝特性.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、摩擦焊接工藝特性米李穎，趙慧慧，張聃，徐奎，尹玉環(huán)(上海航天設(shè)備制造總廠，上海2011245)【摘要】以0．5mm厚6061鋁合金和2mm厚T2紫銅搭接接頭為研究對象，開展了無傾角微攪拌摩擦焊接試驗，通過對攪拌工具材料選擇、焊縫成形、接頭性能分析，研究了其焊接工藝特性：試驗結(jié)果表明，相比熱作模具鋼，采用高速工具銅制成的攪拌工具有更長的使用壽命：對于鋁／銅搭接接頭，無傾角微攪拌摩擦焊接能獲得成形良好的焊縫，并且其工藝窗口寬泛，接頭的力學性能良好，其承載能力能夠達到鋁合金母材的95％以上，但是當焊接速度為200mm／min時，主軸轉(zhuǎn)速一旦超過2500
2、0r／min，焊縫表面將會出現(xiàn)溝槽缺陷。關(guān)鍵詞：異種合金；無傾角；微攪拌摩擦焊接DoI：10．16080巧．issnl671．833x．2017．12．053李穎哈爾濱工業(yè)大學工學碩士、工程師，主要研究方向為攪拌摩擦焊、電弧焊、激光焊等。發(fā)表論文6篇。申請專利4項。+基金項目：上海市科技人才計劃項目(17XDl420900)j鋁合金和銅合金性能差異較大，使用傳統(tǒng)的熔焊，焊縫中極易生成低熔共晶相和脆性金屬間化合物，并且由于鋁、銅的線膨脹系數(shù)差異較大，受熱時二者的內(nèi)應(yīng)力和變形不一致，從而加劇了接頭的裂紋傾向。此外，在熔焊過程中還存在氣孑L、氧化等問題
3、[1-3]。攪拌摩擦焊接技術(shù)(FSW)是由英國焊接研究所(TwI)發(fā)明的一種新型固相連接方法f4】，具有熱輸入低、焊接變形小、焊接缺陷少、力學性能好、無需焊接填充材料等優(yōu)點{5-6]。飛機機翼結(jié)構(gòu)、機身結(jié)構(gòu)、艙門結(jié)構(gòu)、裙翼結(jié)構(gòu)、貨物裝卸結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)【”在國內(nèi)外航空制造領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的攪拌摩擦焊接頂鍛力較大，焊縫寬度大，并且在焊接過程中，攪拌工具時刻需要與工件表面法向保持2-5。傾角，因此傳統(tǒng)攪拌摩擦焊接主要針對2mm以上的材料進行連接。無傾角微攪拌摩擦焊接技術(shù)(“一FSW)是在傳統(tǒng)攪拌摩擦焊接技術(shù)上發(fā)展起來的，具有轉(zhuǎn)速高、焊縫窄等特點，其
4、材料產(chǎn)熱、流動機制與傳統(tǒng)攪拌摩擦焊技術(shù)有顯著區(qū)別，主要適用于lmm以下薄板材料連接。本研究以0．5mm厚6061鋁合金和2mm厚T2紫銅搭接接頭為對象，開展了無傾角微攪拌摩擦焊接試驗，對攪拌工具選材、焊縫的成形、接頭的性能進行了研究。試驗條件試驗過程中采用上海航天設(shè)備制造總廠自行研發(fā)并制造的HT—MFSW—01型無傾角微攪拌摩擦焊接設(shè)備，如圖1所示，主機頭采用高速電主軸，最高轉(zhuǎn)速36000r／min。焊接過程中，攪拌工具以高轉(zhuǎn)速CO進行自轉(zhuǎn)，并且與試板表面垂直，同時沿著焊接線以一定的焊接速度前進(見圖2)。6061鋁合金和T2紫銅的主要化學成分如
5、表l、2所示。2017年第12期·航空制造技術(shù)53：鄉(xiāng)論壇，-—／卅院勃‘試驗結(jié)果與討論1攪拌工具材料選擇在微攪拌摩擦焊接過程中，主要依靠軸肩和攪拌針的產(chǎn)熱使材料軟化，然后利用軸肩和攪拌針的攪拌作用使得材料聚集從而形成焊縫，因此攪拌工具所選用的材料必須在高溫下具有較好的紅硬性和耐磨性。選取熱作模具鋼和高速工具鋼兩種材料分別制作成外形尺寸一致的攪拌工具，軸肩直徑4ram，在軸肩上加工有四流道漸開形式的花紋，利用兩種攪拌工具分別進行鋁／銅搭接微攪拌摩擦焊接試驗，焊接完成之后觀察攪拌工具端部的磨損情況，如圖3所示。在焊接完相同長度的焊縫之后，熱作模具鋼
6、攪拌頭端部出現(xiàn)了明顯的磨損，攪拌針長度幾乎為圖1微攪拌焊接設(shè)備Fig．1MicroFSWequipment一￡圖2無傾角微攪拌摩擦焊接過程Fig．2SketchofmicroFSWwithzerotileangle零，而對于高速工具鋼攪拌頭，雖然端部附著了少量鋁屑，但通過測量發(fā)現(xiàn)攪拌針的長度與焊接之前差別不大。相比鋁合金攪拌摩擦焊接，在涉及到銅合金的攪拌摩擦焊接過程中，由于銅合金的塑性溫度區(qū)間較鋁合金要高，因此攪拌工具需要在更高的溫度區(qū)間內(nèi)具有足夠的紅硬性和耐磨性，高速丁具鋼在600。C時仍然具有較高的硬度和耐磨性能，因此相比熱作模具鋼，其更加適
7、合鋁／銅搭接接頭微攪拌焊接。2焊縫成形分析針對無傾角微攪拌摩擦焊接過程中，主軸轉(zhuǎn)速和焊接速度兩個最重要的工藝參數(shù)進行工藝試驗，并對焊縫的成形情況進行分析，如表3所示。(I，)l：’S逑I：具鋼圖3兩種攪拌頭比較Fig．3Comparisonoftwoweldingtools表2T2紫銅主要成分AsFPSPbBjZn()．0020．005()．0050．0050(】()l(】二54骯審制造技術(shù)·2017年第12聊Cu+Ag99．9當主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定為20000r／min時，焊接速度在150～300mm／min范圍內(nèi)變化，所獲得的焊縫成形無明顯差別，焊縫
8、表面光滑、無缺陷，幾乎不存在飛邊現(xiàn)象，這表明此時焊接的工藝參數(shù)窗口較為寬泛，典型的焊縫如圖4(a)所示。當焊接速度設(shè)定為200mm／mi
