表面状态对铝锂合金填充式摩擦点焊接头性能的影响

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1、表面状态对铝锂合金填充式摩擦点焊接头性能的影响InfluenceofSurfaceStateonthePerformanceofAluminum—LithiumAlloyJointbyFmedFrictionSpotWelding上海航天设备制造总厂张成聪李颖封小松郭立杰【摘要】研究了不同表面处理状态对5A90铝锂合金填充式摩擦点焊接头性能的影响。结果表明，母材表面经过化学清洗的试样剪切拉伸抗力最大；表面状态影响搭接界面的有效承载面积，进而影响焊点的剪切拉伸性能，水平界面处的“虚焊”缺陷是降低焊点连接质量的最主要因素。关键词：铝锂合金填充式摩擦点焊显微组织力学性能【ABSTRACT】The

2、influenceofdifferentsurfacestatesontheperformanceof5A90aluminum·-lithiumal-·loyjointbyfilledfrictionspotweldingisstudied．TheresultsshowthatafterchemicalcleaningthespotweldCanbearthehighestsheartensileresistance，andsurfacestatesinfluencetheeffectivebeanngareaonthelapinterface，consequently,thesheart

3、ensilepropertiesCallbedifferent．ThedefectOilthejointhorizontalinterfaceisthemostim—portantfactortolowerthequalityofthespotweld．Keywords：Aluminum--lithiumalloyFilledfric·-tionspotweldingMierostructureMechanicalper-formanceDoI：10．16080巧．issnl671—833x．2015．S1．014铝锂合金具有低密度、高比强度和高比刚度的特点，与一般铝合金相比，在强度相当的

4、情况下，密度降低10％，而弹性模量提高10％【I】，在航空航天领域具有广阔的应用背景。在航空航天飞行器制造中，搭接接头是关键的连接形式之一，如飞机机身蒙皮、加筋板、机翼框架和航天飞行器非密封舱体等[2-3]o铝锂合金焊接接头的连接质量是其应用的关键，然而在铝锂合金传统熔焊过程中易产生气孔、裂纹等缺陷，特别是由于锂元素的活泼性造成的不利影响，使得固相焊成为其理想的连接方式14]。填充式摩擦点焊(FrictionSpotWelding，简称FSpW)是在搅拌摩擦缝焊的基础上新近研究开发的一种创新的焊接技术【5】，其原理如图1所示，焊接过程包括摩擦预热阶段(见图1(a))、下压搅拌阶段(见图1(

5、b))、材料回填阶段(见图1(C))、形成平整焊点(见图14航空制造技术·2015年增刊s1a)摩擦预热阶段门【c)材料回填阶段(d)形成平整焊^图1填充式摩擦点焊过程示意图Fig．1DiagramofFSpWprocess1(d))4个阶段，焊后可获得无匙孑L的表面光滑的焊点。填充式摩擦点焊采用的搅拌工具具有分离的搅拌针和搅拌套，两者之间可以相对运动，通过搅拌工具与被焊工件之间的摩擦热，使得材料处于塑性状态并发生流动，同时通过精确控制搅拌针与搅拌套的相对运动，在搅拌套回撤过程中完成材料的回填，以实现无中心孔的点焊连接【叼。与常规的点连接技术如铆接和电阻点焊相比，摩擦点焊具有减重、高效、节

6、能、环保等优点，是轻金属材料理想的点连接方法【_”。通常铝合金表面极易生成一层致密的氧化膜，氧化膜的存在将会对接头的连接质量造成一定的影响，本文以5A90铝锂合金为研究对象，分析了不同表面处理状态对铝锂合金填充式摩擦点焊接头性能的影响。研究结果将为深刻理解铝锂合金填充式摩擦点焊过程提供支持，并为将该项技术的工程应用提供技术依据。1试验材料与方法试验材料为5A90铝锂合金板材，厚度1．5ram，采用上下板搭接接头形式，接头上下板等厚。铝锂合金化学成分如表I所示。WELDINGTECHNOLOGY焊接技术表15A90铝合金化学成分％Mg“zrFeSiTiAl4．5—6．018～2．30．08～

7、0．15<02<0．15