铜铝搅拌焊接论文

《铜铝搅拌焊接论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、1前言1.1选题的依据及意义铝及铝合金具有独特的物理化学性能，其外观呈银口色、密度小、电阻率小、线胀系数大和导电系数大，并且具有比强度高、无磁性、有良好的成型工艺性等特点，因此被广泛应用于航空航天、汽车、船舶、化工等行业。正因为铝及铝合金熔点、密度较低，与氧的亲和力大，热传导系数大，熔焊时易产生气孔、裂纹、变形大等缺陷,并且由于焊接加热使其性能降低，利用一般的焊接方法焊接无法实现良好的焊接结果，从而又限制了其在飞机、船舶等结构屮的应用。紫铜是一种重要的有色金屈，它具有极好的导电性、导热性、良好的常温和低温

2、塑性及耐腐蚀性，因而在工业小被广泛的应用⑴。目前紫铜的焊接方法主要有氮弧焊、压焊和钎焊，但焊接质量都不太理想。一是因为紫铜导热系数大，焊接时热量迅速传导岀去，使母材和填充金屈难丁•熔合；二是其线膨胀系数大，导热能力强，热影响区宽，会产生大的焊接应力，易产生变形；三是焊缝及近焊缝区易产生热裂纹；四是易产生氢气孔。虽然铝合金与铜紫铜具冇特殊的性能，但铜的价格高，因此在许多场合常用铝代替铜，将铝与铜连接起来，降低结构成本、减轻结构重量，因此在海洋开发、石油化工、电子仪表、空间技术及军事工程等方面经常遇到铝合金与

3、紫铜的焊接结构。但是，由于铝合金与紫铜的熔点相差较大，月•高温下铝合金会被强烈氧化。因此，在熔焊时需要采取措施防止氧化并去除熔池中的氧化物2讥口前铝合金与紫铜的连接一般釆用压焊、扩散焊、超声波焊、气体保护焊等焊接方法，这些方法设备复杂、成本较高、生产周期长，从而限制了英应用。搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding简称FSW)是英国焊接研究所(TWI)1991年发明的一种用于低熔点合金板材焊接的同态连接技术，是近几年发展起来的新型摩擦焊接技术，它不仅具有传统摩擦焊的优点，而月.突破了传统摩擦焊接

4、只能焊接轴类零件的限制，可以焊接板类零件，实现多种焊接形式、不同位置的焊接，从问世以来，受到焊接界的高度重视。与传统熔焊方法相比，搅拌摩擦焊无飞溅、烟尘，不需要焊丝和保护气体，焊接接头无气孔、裂纹；与普通摩擦焊相比，搅拌摩擦焊不受轴类零件的限制，可焊接各种不同的零件。搅拌摩擦焊接时温度相对较低，因此焊接结构的残余应力和塑性变形比熔焊时小得多，适用丁•熔化温度较低、塑性较好的冇色金屈如A1、Cu的焊接⑷。搅拌摩擦焊是一种固相连接技术，采用该方法焊接时材料不会熔化，因此不会产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷，并且焊接

5、过程屮无需保护气休和填充材料，焊后结构残余应力和变形小，接头为细晶锻造组织，机械性能优良，无弧光、噪音、射线等污染，被誉为最为革命性的焊接技术。因此许多大学、研究所、公司都在进行与该工艺相关的研究工作，实现将该工艺更广泛地用于飞机，轻型节能汽车，高速列车、船舶等结构，减轻结构重量，提高它们的综合性能，促进航空航天、汽车、船舶等工业的发展。目前尽管铝合金搅拌摩擦焊已成为国内外研究的热点宀叫但对铝合金与紫铜搅拌摩擦焊接的研究尚不多见旳口。因此研究铝合金■紫铜搅拌摩擦焊接工艺技术具有重要的理论意义和工程应用价值

6、。1.2国内外研究现状121搅拌摩擦焊的原理搅拌摩擦焊的原理如图1・1所示，它是通过搅拌头的高速旋转产生摩擦热，使焊缝金属达到热塑性状态，在搅拌头的搅拌作用下，焊缝两侧热塑性状态的金屈相互作用、重新组合，形成焊缝问。搅拌头由轴肩(shoulder)和探针(probe)组成，搅拌头与母材摩擦产生的热量是焊接过程小热量的主要来源。将工件置于垫板上并用夹具夹紧，以防止对接接头在焊接过程小松开，并将一个带有探针的搅拌头高速旋转且缓慢插入两块对接板材Z间的焊缝处，探针的长度略小于焊缝的深度。当旋转的探针接触工件表面

7、时，与工件表面的快速摩擦，产生的摩擦热量使接触点材料的温度升高，强度降低，探针在外力的作用下，不断顶锻和挤压接缝两边的材料，直至轴肩紧密接触工件表而为止。这时，探针周围金属在摩擦热的作用下形成一个塑化区，当工件相对探针移动或探针相对上下移动时，在探针侧面和旋转方向上产生的机械搅拌和顶锻作用卜，探针的前表面(leadingedgeoftherotatingtool)把塑化的材料移送到探针后表面(trailingedgeoftherotatingtool),这样，探针沿着接缝前进时,探针前头的对接接头表面被摩

8、擦加热到超塑性状态，结果，探针摩擦接缝、破碎氧化膜、搅拌和重组探针后方的磨碎材料，最后实现材料Z间固相连接的口的[13-15]O所以，搅拌摩擦焊的实质可以看做是不断产生空腔并且在空腔小不断填满的瞬间完成连续过程。*搅拌y搅什K，口f口第焊接线-搅拌头前沿一亠探针焊缝返回边图1-1搅拌摩擦焊原理示意图1.2.2搅拌摩擦焊的研究概况搅拌摩擦焊技术发明至今十多年以来，无论在国外还是在国内，已经成功跨出试验研究阶段，发展成为在铝合金结