列车制造搅拌摩擦焊接技术和应用

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1、列车制造搅拌摩擦焊接技术和应用FrictionStirWeldingTechnologyandApplicationofTrainManufacturing北京航空制造工程研究所中国搅拌摩擦焊中心栾国红南车青岛四方机车车辆股份有限公司孟立春【摘要】本文在简要介绍搅拌摩擦焊技术特点的基础上，时轻质铝舍金列车制造中所采用材料的焊接性能及中空型材结构搅拌摩擦焊接头的设计特点进行了研究，并且对搅拌摩擦焊技术在中国列车制造中的典型应用和相关搅拌摩擦焊设备开发进行了介绍和总结。关键词：搅拌摩擦焊接头力学性能搅拌摩擦焊设备【ABSTR

2、ACTlOnthebaseofintroductionoftheessentialfeaturesoffrictionstirwelding(FSW)technol—ogy,thewelding-abilityofthealuminummaterialsandthedesignprinciplesofthefrictionstirweldingjointofthelight—weighthollowextrusiontrainmanufacturingareinvestigatedinaswellassometypica

3、lapplicationsofthefrictionstirweldinganddevelopmentsofrelevantequipmentsinChinesetrainmanufacturingindustryarealsosummarized．Keywords：FrictionstirweldingMechanicalpropertyofFSWjointFSWequipment搅拌摩擦焊技术彻底解决了铝合金焊接方法问题。这种焊接工艺技术最初主要用于解决铝合金等低熔点材料的焊接，但是经过10多年的发展，搅拌摩擦焊已经

4、可以应用于铝合金、铜合金、镁合金、钛合金，甚至合金钢等金属材料。与普通熔焊方法相比，较搅拌摩擦焊具有如下突出的优点：固态焊接技术，焊接过程不存在焊接材料熔化；接头质量好、焊缝为细晶锻造组织结构，没有气孑L、裂纹、夹渣等缺陷；焊接效率高，在0．4～100ram厚度范围内可以实现单道焊接成型；不受焊缝位置的限制，可实现多种接头形式的焊接；焊件中残余应力低，变形小，可以实现高精度焊接；接头强度高、疲劳性能好，冲击韧性优异；焊接成本低，不需要焊接过程消耗，不需要填丝和保护气；焊接操作简单、便于实现自动化焊接。基于搅拌摩擦焊技术的

5、诸多优越性，自1991年发明至今，在不到lO年的时间里，搅拌摩擦焊已经在航天、航空、造船、列车、汽车、电力等多个工业制造领域得到广泛应用。在轨道交通行业，随着列车速度的不断提高以及轻量化发展要求，对列车车体结构和焊接接头强度及其安全性的要求也越来越高。尤其高速和超高速(500km／h)列车，用中空铝合金挤压型材和熔化焊(MIG)相结合的制造方式，虽然增加了结构集成和减轻了整车重量，但是熔化焊接头的强度低、冲击韧性差，成为制约高速轨道车辆安全性的主导因素。基于搅拌摩擦焊的接头强度和疲劳性能皆优于熔化焊接头，并且变形小，不需

6、要焊后矫形，生产效率高，焊接速度可达2000mm／min，节约成本，焊接过程不需要焊丝和保护气等优越性，所以目前在国外高速列车的制造领域，搅拌摩擦焊已成为轨道车辆车体制造主导焊接工艺技术。1歹Ⅱ车铝合金材料搅拌摩擦焊性能搅拌摩擦焊可以焊接所有热处理状态下的铝合金材料，并且不论是板材和型材，皆可以获得优异的固相焊接接头，在保持原始铝合金材料性能的同时，可以实现高质量的连接。下面分别介绍轨道列车常用铝合金材料的搅拌摩擦焊性能。1．16061一T6铝合金6061一T6铝合金是Al—Mg—Si系可热处理强化铝合金，其化学成分如表

7、l所示。在高温下，6061一T6铝合金具有良好的甥性，虽然强度不高，但具有优良的耐蚀性，没有晶间腐蚀倾向，焊接性能良好，常用于制造中等载荷零件、形状复杂的锻件和模锻件。表16061一T6铝合金的化学成分w1％搅拌摩擦焊工具的轴肩直径为15mm，搅拌针直径3．5mm，长度5．75mm，带有螺纹结构。采用优选的焊接参数进行搅拌摩擦焊。旋转速度1400f／rain，焊接速度400mm／min，焊接倾角为2．50。焊前对接口表面进行机械打磨清理，并用酒精溶液擦拭去除油污。6061一I"6铝合金搅拌摩擦焊接头成形良好，图l所示为典

8、型的焊缝2010年第16期·航空制造技术83学术论文RESEARCH圈16061-T6铝合金搅拌摩擦焊接头横截面宏观形貌Fig．1Cross-sectionmacro-photographofA16061-T6FSWjoint横截面宏观形貌，对焊缝进行x光检测未发现缺陷。图2分别为焊缝接头不同部位金相组织照片。图2(