2.4mm 5052铝合金薄板搅拌摩擦焊接工艺研究

作者:徐振振;周琦;彭勇; 刊名:热加工工艺 上传者:曹磊

【摘要】使用搅拌摩擦焊对2.4 mm厚的5052铝合金薄板进行了对接焊接试验,探讨了转速和焊接速度对焊接接头组织和力学性能的影响。结果表明,转速保持不变时,随着焊接速度的增加,接头抗拉强度、伸长率呈整体减小的趋势。焊接速度保持不变时,焊接接头的抗拉强度、伸长率随着转速的增加先增加后减小。经快冷处理的焊件,其抗拉强度和伸长率均有小幅增加。

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搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding,简称FSW)是由英国焊接研究所于1991年提出的一种先进的固态连接方法[1]。与传统的熔化焊接方法相比,搅拌摩擦焊属于固相焊接,接头强度高,尤其适用于轻合金和异种材料之间的焊接,具有十分广阔的应用前景[2-3]。搅拌摩擦焊接过程中,焊机带动具有特殊结构的搅拌头高速旋转的同时轴向进给,以一定的速度插入待焊工件之间,并以一定的移动速度沿待焊位置移动。随着搅拌针和轴肩的旋转挤压,被焊金属在摩擦热的作用下达到塑性状态,随着搅拌头不断的旋转前进,塑性金属形成稳定流场填充待焊部位,随着温度降低金属凝固形成焊缝[4]。5052铝合金属于Al-Mg系合金,具有良好的耐蚀性和焊接性,机械加工性能优异且抗疲劳强度高,在建筑、飞机制造、汽车制造、仪器仪表等领域有着 广泛的应用。本文对2.4mm厚5052铝合金进行搅拌摩擦焊对接连接试验,探讨转速和焊接速度对焊接接头组织性能的影响,并选取其中一组试验,焊接过程中通过喷洒酒精实现焊缝快冷,对比分析未经快冷处理和经快冷处理的焊接接头差异[5]。1试验准备1.1试验设备及材料本试验所用搅拌摩擦焊机是由江苏锐成机械有限公司生产的FSW-LM-025-2540型二维定梁龙门搅拌摩擦焊机。该设备主轴转速100~1500r/min,顶锻力39kN,侧向力20kN,可焊接厚度为2~25mm。利用75%的医用酒精实现对焊缝的快冷处理。试验所用5052薄板铝合金,规格为150mm50mm2.4mm,将铝板对接后进行搅拌摩擦焊。5052铝合金成分及力学性能如表1所示。1.2试验方法试验前用砂纸打磨待对接薄板侧面,去除氧化膜,并用丙酮擦拭去除油污,然后将薄板对接装夹, 表15052铝合金化学成分(质量分数,%)及力学性能Tab.1Chemicalcomposition(wt%)andmechanicalpropertiesof5052aluminumalloySiCuMgZnMnCrFeAl抗拉强度Rm/MPa条件屈服强度Rp0.2/MPa密度/(gcm-3)弹性模量E/GPa0.250.102.2~2.80.100.100.15~0.350.40余量173~244702.6869.3~70.7要求对接严实且保持铝板水平。焊接过程中搅拌头是由于该焊接参数下转速相对较低,热输入不足,焊倾斜角度和轴肩下压量d保持不变,搅拌头倾角接起始阶段金属未充分达到塑性状态,造成起皮缺2,轴肩下压量d为0.2mm,探讨不同转速和不同陷;随着焊接的进行,摩擦热的扩散使铝合金易达到焊接速度对焊缝成形和性能的影响,并在焊接过程塑性状态,但热输入仍相对较小,因此焊缝变得平中对焊缝喷洒酒精实现快冷,研究散热对焊缝性能整,但只有少量焊缝金属被排出,冷却形成丝状金的影响。焊接工艺参数如表2所示。属。试验证明,摩擦焊接中热输入不足会导致焊缝金表2焊接工艺参数属流动性较差,不能充分填充焊缝,易形成隧道类缺Tab.2Weldingprocessparameters陷,降低焊件的力学性能。试验编号转速/(rmin-1)焊速v/(mmmin-1)快冷处理2.2接头力学性能分析1600120否280080否对比2、3、4、6组探讨焊速对焊缝强度的影响规3800120否4800160否律,对比1、3、7、8组探讨转速对焊缝强度的影响规5800160是律,对比4、5组探讨快冷处理对焊缝强度的影响,并6800200否71000120否选取5号试样进行金相观察,分析搅拌摩擦焊缝的81200120否典型组织。2试验结果焊接速度对焊接接头拉伸性能的

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