7A52铝合金搅拌摩擦焊工艺优化

作者:梁志芳;史清宇;康旭 刊名:焊接学报 上传者:刘泽梅

【摘要】接头强度是搅拌摩擦焊接头性能的一个重要指标,通过搅拌头旋转频率、焊接速度和轴肩下压量等焊接工艺参数的不同组合制备了35个7A52焊接试板,对试板进行拉伸试验检测了接头的抗拉强度,建立并分析了焊接接头抗拉强度与焊接工艺参数之间的回归模型,搅拌头旋转频率n,焊接速度v和轴肩下压量deta单独变化时,接头抗拉强度都有峰值存在,并且搅拌头旋转频率和焊接速度对接头抗拉强度的影响存在交互作用n/v.结果表明,通过优化焊接参数可以使得接头抗拉强度达到384.06 MPa.

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0序言搅拌摩擦焊(frictionstirweld,FSW)自1991年在英国焊接研究所(TWI)发明以来,作为一种新型固态连接技术,被用来焊接传统的熔化焊方法难以焊接的材料[1-6].例如热处理强化变形铝合金(2系、6系和7系铝合金)若采用传统熔焊时接头易形成热裂纹、气孔以及较大的焊接变形等,使焊后接头性能显著下降,严重限制其在航空航天领域的应用,而FSW能够解决上述熔焊过程中产生的一系列的焊接缺陷.研究焊接工艺与接头性能关系是FSW的主要课题,目前的研究多是对于焊接工艺参数(搅拌头旋转频率、焊接速度和下压量)与接头性能之间的关系进行定性研究[1,4,7-10].文中以7A52铝合金为研究对象,通过不同的焊接参数组合焊接了35块试板并进行了拉伸试验检测接头的抗拉强度,对接头抗拉强度与焊接工艺参数进行了回归分析得到了回归模型,在此基础上分析焊接工艺参数对接头抗拉强度的影响,以得到最高抗拉强度的最优化焊接工艺参数组合.1试验方法试验采用国内自行研制开发的高强7A52铝合金试版,其成分为(质量分数,%)Fe0.26,Si0.11,Mn025,Cu013,Mg2.46,Ni0.05,Cr0.17,Zn4.71,Ti0.06,Zr008,余量Al;试件尺寸150mm75mm6mm.对试板进行FSW对接试验,图1a是试验用FSW工艺示意图,焊接试验如图1b所示.试验中采用的轴肩直径为20mm,搅拌针采用圆柱形带螺纹形式,搅拌针名义直径6mm.焊前用丙酮擦拭试板被焊区域,然后将试板刚性固定在专用夹具上.试验过程中的搅拌头倾角2.5,焊接开始前搅拌头下压后停留时间3s.搅拌头旋转频率(图1)500~2500r/min(500,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,1500,2000,2500共12个档);搅拌头行进速度即焊接速度50~250mm/min(50,70,80,90,100,110,120,130,150,200,250共11个档);轴肩下压量0.3~0.8mm(0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8共6个档),试验中共计选用35种组合的焊接参数.焊接后的接头进行拉伸试验.拉伸试样按照国家标准GB/T26511989《焊接接头拉伸试验方法》的规定,在焊接试板上如图2所示采用线切割方法取样,每块焊接试板取3个试样进行拉伸试验,抗拉强度取3个试样的平均值.拉伸试验在WDW5020电子万能试验机上完成.2分析与讨论对每种焊接工艺组合的接头抗拉强度采用逐步回归的方法进行分析,按照回归方程Prob(>F)<0.05作为取舍模型标准,按照系数项Prob(|t|)<0.05作为取舍模型项标准,得到如下模型:图3试样拉伸试验Fig3TensiletestofspecimenRm=-1132.96+224.70lnn-2.48v-17.04n/v+1243.14deta-1032.28deta2(1)式中:Rm为FSW接头抗拉强度;n为搅拌头旋转频率;v为焊接速度;deta为轴肩下压量.该模型及其中各项回归分析结果见表1和表2.表1模型回归分析结果Table1Regressionanalysisresultsofmodel自由度平方和平均值F值Prob>F模型582549.8416509.9713.82<0.0001残差2934656.471195.05总体34117206.30从式(1)可见,搅拌头旋转频率n,焊接速度v和轴肩下压量deta是影响接头抗拉强度的因素,并且搅拌头旋转频率和焊接速度之间存在交互相n/v.2.1搅

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