铝合金搅拌摩擦接头的熔焊工艺研究

作者:蒋百威 刊名:现代机械 上传者:朱立芳

【摘要】搅拌摩擦焊接(FSW)技术从发明至今得到了迅速发展,目前铝合金材料的搅拌摩擦焊工程化已分别应用至航空航天、轨道车辆等领域,但在这些领域里其工艺制造方面有待进一步探索和完善。本文从工艺研究角度,分析6005A铝合金材料的搅拌摩擦焊缝表面进行MIG熔焊工艺特性,对其接头的机械性能进行研究,并得出铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头的熔焊可行性,为搅拌摩擦技术的工程化应用提供依据。

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0引言搅拌摩擦焊(FSW)技术,是近年来推广非常迅速的一种焊接工艺,它将高速旋转的搅拌头压入工件,沿焊接方向运动,在搅拌头与工件产生摩擦热,使金属产生低于熔点的高温塑性区,并实现连接的固相焊接方法。MIG焊是一种很普遍的焊接方法,在铝合金材料焊接中大量采用。近年来,在轨道车辆领域里的铝合金车型中逐步应用FSW技术,本课题基于FSW工艺工程化应用,在设计FSW产品结构无法避开普通MIG焊焊缝交叉和重叠问题,结合铝合金材料应用FSW工艺和MIG熔焊工艺,模拟实际产品生产遇到的问题,验证其机械性能,拓宽FSW工艺在轨道车辆应用具有重要意义。1本课题提出的背景意义近年来我公司轨道车辆中的铝合金车型逐步应用FSW工艺,如下图1所示。高端的城轨车辆多数采用铝合金材料制造而成,而伴随着FSW新的技术迅速地融入到铝合金车体生产制造中来,相应的焊接技术进一步提升,促使FSW现场工艺不断细化与完善,例如FSW的缺陷返工、解决FSW尾孔工艺等。我公司高端铝合金车体制造过程中应用FSW产品,存在设计结构有焊缝重叠与交叉情况,基于如此情况,提出了解决FSW产品结构设计无法避免MIG弧焊的工艺验证方案,而进行该课题的工艺研究,为设计提供实验数据依据。通过本课题的研究,能够解决现场FSW的应用工艺问题,提升了轨道交通铝合金车体制造现场技术。2本课题研究的内容及工艺试验2.1研究的目的本试验以验证FSW的焊缝与MIG弧焊交叉重叠的可行性,解决FSW产品设计结构无法避免与MIG弧焊交叉重叠的问题,为检验FSW制造的产品与MIG弧焊产品混搭提供试验依据,更好地完善FSW技术在在轨道车辆制造领域应用的现场工艺。2.2试验方法对简化的接头进行焊接试验,分别采用我公司的FSW焊接设备和常用的弗里斯焊机,两组试验分别模拟产品实际情况如下:第一组焊接试验:用4mm铝合金型材6005A-T6材料先进行FSW焊接,完成后用8mm6082铝合金板材在FSW焊缝上进行搭接MIG熔焊,接头形式见图2,具体工艺参数见表1、表2,再对其进行宏观、微观检验;第二组焊接试验:用两块3mm厚的铝合金型材先进行FSW焊接,为确保MIG焊缝,在FSW焊接完成的母材上,开300mm长60度V型坡口,清理完成后对接进行MIG熔焊,如图3所示,焊接完成后对其进行金相、拉伸、弯曲试验,选取试样并分析试样接头和母材抗拉强度。2.3焊接参数及评定依据焊接工艺参数见下表1和表2,试样评判标准和依据见表3。表1两组FSW焊接参数n/rpm转数v/cmmim-1焊接速度F/kN压力d/cm轴肩行进倾角l/cm搅拌针长组别14005004.55.0122.53.7第一组FSW15006004.55.0122.53.2第二组FSW表2两组MIG焊接参数Current电流强度[A]Voltage电弧电压[V]WireFeedSpeed送丝速度TravelSpeed焊接速度cm/minTypeofcurrentPolarity电流种类/极性ArcLength弧长组别15023.29.50.5m/mim3040=/+-4第一组MIG17024.011.0m/mim3040=/+2第二组MIG表3试样评判标准和依据序号验证项目参考标准取样数量1拉伸试验GB/T2651-20082件焊接接头拉伸试验方法焊接接头拉伸试验方法2宏观金相试验EN15614-22件GB/T2653-2008背弯2件3弯曲试验焊接接头弯曲试验方法正弯2件2.4试验过程本试验根据焊接、取样、宏观试验、拉伸弯曲试验顺序进行,试样编号如表4。表4试样编号序号项目组别试样编号数量

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