2524铝合金的搅拌摩擦焊对接工艺

作者:郭辉华;李明仁;贺地求;徐亮 刊名:宇航材料工艺 上传者:黄静

【摘要】以2524-T3板材作为试验材料,研究了薄板的搅拌摩擦焊对接工艺,优化了对接焊的工艺参数,获得了焊接工艺窗口及最优工艺参数。在最优工艺参数下生产的对接焊件具有良好的质量外观,焊件的变形量和焊缝减薄量极小;焊件的X射线检测结果表明焊件内部质量良好,没有在照片上发现缺陷;金相组织分析显示,焊缝横截面组织均匀致密;焊接接头静力拉伸性能测试结果表明焊缝抗拉强度的平均为397MPa,为母材抗拉强度的90.4%。

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0引言搅拌摩擦焊(FSW)是由英国焊接研究所于1991年发明的一种新型固相连接技术。与传统焊接技术相比,FSW具有如下显著优点[1]。(1)固态连接。无粗大凝固组织和熔焊缺陷,热变形和残余应力小,可以实现大型结构的精密焊接。(2)制造成本低。焊前无需开坡口和特殊清理,无需金属填料、保护气体或焊剂,能量消耗比熔化焊降低80%。(3)绿色环保。没有烟尘、飞溅、强弧光和辐射,噪音低。(4)易于实现机械化/自动化。(5)焊缝表观好。焊后工件表面平整,无明显焊缝凸起和焊滴。FSW可实现多种连接方式,如图1所示[2],其中以平头对接最为常用。目前,FSW技术在航空航天领域获得了大量的研究及应用。空客公司在A320中央翼盒、A340机翼承力墙、A350和A380飞机机身蒙皮等结构中应用了FSW技术[3]。美国波音公司在1999年把FSW技术成功地应用于DELTA系列火箭的制造上。此外还应用FSW实现了C17和C130大型军用运输机货舱地板的制造。美国E-clipse-500公务机大量使用FSW,263条焊缝共136m,取代7378个铆钉,该飞机已于2002年5月得到FAA的批准。巴西航空工业公司于2003年开始了FSW技术的应用开发,于2010年4月20日发布,莱格赛500喷气公务机中已经成功地采用了FSW技术[4]。FSW接技术已经成为国际航空企业提高制造生产率、降低生产成本的重要手段。本文选用2524铝合金针对飞机上常用的结构形式对接进行FSW工艺试验。图1FSW的连接方式Fig.1Jointconfigurationsforfrictionstirwelding1实验1.1材料及设备采用2524-T3板材,试验件尺寸为400mm120mm1.8mm,成分如表1所示。表12524-T3成分表Tab.1Compositionsfor2524-T3wt%SiFeCuMnMgTiZnAl0.0220.0843.690.501.160.0270.018余量所用的设备有:中南大学自主研制的FSW试验机,焊机转速范围为5004000r/min及FSW薄板搅拌焊头。1.2FSW焊接工艺试验将两块尺寸为400mm120mm1.8mm的板材进行对接试验。FSW主要的工艺参数有:搅拌头的尺寸及形貌、焊接转速、焊接速率、下压量等。为提高工艺优化试验效率,在试验研究中,将寻优过程分工艺窗口搜索和精细优化两个阶段进行:工艺窗口搜索主要依据焊缝外观成形,即焊缝上表面、焊缝底面、焊件变形,确定焊接工艺参数的可行域,即工艺窗口;精细优化阶段是在焊接工艺参数可行域内,依据焊缝金相组织、抗拉强度、减薄量、X射线检测结果,进行工艺优化。1.3焊缝X射线检测分析按照标准航空器无损检测射线检验MH/T30092004,采用XD7600NT型X射线检查仪对工艺优化的焊接试件进行检测。1.4焊缝金相组织采用德国产的LeicaDMILMEC3金相显微镜对焊缝进行组织分析。1.5焊接接头静力拉伸性能测试采用00L100型万能拉伸试验机(最大负荷为100kN,长春机械科学研究院有限公司)测试拉伸性能。对接焊件的静力拉伸试验按HB514396实施,对接件的拉伸试验件尺寸如图2所示。图2对接焊缝静力拉伸试验件Fig.2Tensilespecimenforbuttweld2结果及分析2.1工艺试验结果影响FSW质量的关键工艺参数是搅拌头的转速和焊接速率。焊接工艺试验表明,高质量的焊缝必须具有以下外观特征:(1)焊缝上表面无飞边,纹理细腻均匀;(2)匙孔完整轮廓分明,孔壁光滑,无微小蚀点或孔洞;(3)焊底光整,无融

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