填充式搅拌摩擦焊

《填充式搅拌摩擦焊》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第33卷第3期焊接学报Vol．33No．32012年3月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONMarch2012基于固态连接原理的填充式搅拌摩擦焊匙孔修复技术111123黄永宪，韩冰，吕世雄，冯吉才，冷劲松，陈晓波(1．哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨150001;2．哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所，哈尔滨150001;3．广州阿比泰克焊接技术有限公司，广州510530)摘要:基于固态连接原理提出了填充式搅拌摩擦焊匙孔修复技术，设计了搅拌针为可消耗式

2、的分体式焊具．在填充式搅拌摩擦焊过程中，利用与被焊结构同质的铝合金搅拌针的塑性变形和流动，实现了对焊缝匙孔的固态补焊．搅拌针与匙孔界面结合良好，界面处材料发生了塑性变形和连续的材料流动，补焊接头处存在填充区、焊核区、准焊核区、热力影响区和热影响区．结果表明，匙孔补焊接头的抗拉强度和断后伸长率均达到无缺陷原始焊缝的90%，实现了对焊缝匙孔的准等强修复，该技术为搅拌摩擦焊焊缝缺陷的修复和无匙孔搅拌摩擦焊提供了技术支撑．关键词:填充式搅拌摩擦焊;匙孔;分体式焊具;修复中图分类号:TG453文献标识码:A文章编号:025

3、3－360X(2012)03－0005－04黄永宪0序言1试验方法自英国焊接研究所(TheWeldingInstitute，TWI)以7．8mm厚2219-T6铝合金搅拌摩擦焊缝匙于1991年发明搅拌摩擦焊技术(frictionstirweld-孔为分析对象，展开对填充式搅拌摩擦焊匙孔修复ing，FSW)以来，该技术因其在轻合金连接领域与传技术的分析．首先针对该技术设计了一种分体式焊统的熔化焊接方法相比具有诸多优点，如接头疲劳具，如图1所示，不同于传统搅拌摩擦焊具，该分体性能、拉伸和弯曲性能良好，焊接时无喷溅、不

4、需使式焊具由可消耗式搅拌针、非消耗式轴肩、夹持体和用保护气体，焊后接头残余应力和变形小等特点，受紧固螺钉构成．其中搅拌针由与被焊结构同质的到各国科研机构特别是宇航制造业的密切关注和支2219-T6铝合金材料制成，轴肩由经淬火处理的高［1－4］持，并于1996年将其成功应用到宇航领域．尽速钢材料制成．管利用搅拌摩擦焊技术能够获得高质量的焊接接头，避免了传统熔化焊方法容易出现的裂纹、气孔等焊接缺陷，但在工艺参数或条件不适当的情况下易［5－7］出现填充不完全、未焊透和根部不连续等缺陷，［8，9］从而降低焊缝性能．此外焊

5、接结束后遗留下来的匙孔更是难以避免，将会对焊接结构造成“木桶效应”．文中基于固态连接原理提出了填充式搅拌摩擦图1分体式焊具实物［10］Fig.1ViewofcombinedtoolforFFSW焊技术(fillingfrictionstirwelding，FFSW)，利用可消耗式铝合金搅拌针实现了匙孔的修复，并对补对2219-T6铝合金搅拌针形状尺寸进行设计．焊接头的宏微观形貌及力学性能进行了分析．搅拌针的形状尺寸将直接影响补焊接头的质量．因此搅拌针的形状尺寸根据匙孔的实测尺寸而具体设收稿日期:2011－07－1

6、8基金项目:国家自然科学基金资助项目(50904020，50974046);哈尔计．为保证在补焊过程中搅拌针能够顺利地嵌入待滨市青年科技创新人才基金资助项目(2009RFQXG050);焊匙孔内，不会在扎入过程中出现搅拌针过早断裂中央高校基础科研业务费专项资金资助项目(HIT．破损的现象;填充材料是充足的，不会因填充材料的NSRIF．2012007);国家博士后科学基金资助项目(20090-460883，201003419)不足而导致弱焊、孔洞等焊接缺陷的产生，所设计搅6焊接学报第33卷拌针的长度和锥度均应适当大

7、于匙孔的实测尺寸．该技术属于固态连接技术，焊接过程中未出现如图2所示，根据所得匙孔形状尺寸的实测结果，共金属的熔化及过热现象，金属始终处于塑性状态，焊设计了6种不同尺寸规格的2219-T6铝合金搅拌接热输入低于传统熔化焊方法．利用焊具轴肩的摩针，具体尺寸:针长10mm，针锥度11°，12°;针长11擦搅拌作用，促进了材料的流动及缺陷的愈合．mm，针锥度11°，12°和针长12mm，针锥度11°，12°．3试验结果与讨论图4a为补焊前匙孔的宏观形貌．补焊过程中，利用搅拌针的塑性变形和材料流动并在扭矩剪切力的作用下将

8、其填充于匙孔内，实现对焊缝匙孔的填充补焊，补焊接头宏观成形良好，如图4b所示．图2搅拌针实物Fig.2Viewof2219-T6bits试验所采用的焊接设备为FSW-3LM-003型龙门式数控搅拌摩擦焊机，最大功率为15kW，最高旋转频率为3000r/min．首先在搅拌摩擦焊过程中，选定搅拌头旋转频率为800r/min，焊接速度为500mm/min，压入量为0．2mm，对