铝合金厚板搅拌摩擦焊焊缝疏松缺陷形成机理.pdf

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1、Mar252017V01．38N03SSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：∥hkxbbuaa．edu．cnhkxb@buaaeducn铝合金厚板搅拌摩擦焊焊缝疏松缺陷形成机理毛育青1’2，柯黎明1’2一，刘奋成1，陈玉华11．南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室，南昌3300632．西北工业大学凝固技术国家重点实验室，西安710072摘要：采用圆锥形搅拌头焊接20mm厚的7075T6铝板，分析焊接过程中焊缝内部疏松缺陷的形成过程及原因。研究表明，焊缝表面成形良好，无明显缺陷。但是，在焊缝轴肩区和焊核区之间出现了疏松缺陷。分析认为，焊缝上、下部金

2、属温度差太大，导致其塑性流动行为发生变化是疏松缺陷形成的主要原因。搅拌摩擦焊(Fsw)过程中，焊缝上部金属温度较高，而底部温度仍然很低，脱离搅拌针端部的塑化金属在周围冷金属巨大的变形抗力作用下转而沿搅拌针表面往上迁移。到达轴肩区下方汇聚区时，由于轴肩区金属温度高，向下的挤压力太小，导致回迁上来的塑化金属继续往上迁移并冲破轴肩区而沿轴肩边缘溢出形成飞边。汇聚区内没有足够的塑化金属填充、焊缝无法被压实而产生疏松孔洞。通过建立疏松缺陷形成的物理模型，可以更直观地反映出焊缝金属流动形态及缺陷形成过程。关键词：7075铝合金；搅拌摩擦焊(FSw)；焊缝质量；塑性流动；焊接缺陷；形成机理

3、中图分类号：V252．2文献标志码：A文章编号：1000一6893(2017)03420367一097075铝合金是一种Al—MgZn—Cu系高强铝合金，由于具有高比强度、高韧性和良好的抗应力腐蚀性能等特点，广泛地应用于航空航天及兵器工业、船舶制造业、铁路运输及汽车制造业等领域，且对其厚板的需求越来越大[1。2]。然而，此铝合金被看做是“不可焊接”的合金之一，焊接时面临许多的困难。采用传统的熔焊方法焊接时，易产生气孔、焊接裂纹等缺陷；焊缝脆性大，热影响区软化严重，极大地降低了接头的拉伸性能和疲劳性能，限制了7075高强铝合金的进一步应用⋯]。搅拌摩擦焊(FrictionSti

4、rWelding，FSW)是一种全新的高效率、低成本、无污染的固相连接技术。焊接过程中，母材金属不会熔化，主要是通过高速旋转的搅拌头与待焊工件摩擦、产热使金属达到塑化状态，在搅拌头驱动力作用下流动并发生冶金结合而形成致密的焊缝[6j。可以避免熔焊等焊接方法产生的多种缺陷，特别适合熔焊方法难于焊接的多种材料，如铝、镁及其合金等口‘9]。研究发现，搅拌摩擦焊接过程中，焊缝成形与其金属塑性流动形态密切相关，决定着焊缝成形质量口⋯。当焊接工艺参数、搅拌头形状等选择不当时，容易在焊缝中形成隧道、孔洞、未焊合等焊接缺陷。李宝华等口妇认为焊接速度对焊缝缺陷形成的影响更明显，太大的焊接速度容

5、易导致焊接缺陷。赵衍华等[120研究发现，当采用光滑的圆柱和圆锥形搅拌头焊接时，容易在接头中下部前进侧出现孔洞缺陷，而带螺纹的搅拌头可以避免缺陷产生。而王磊[1胡和Shrivastavall胡等则发现，在焊缝上部前进侧位置出现孔洞缺陷，他们认为收稿日期：2016．04—26；退修日期：2016—06．01；录用日期：2016．06—16；网络出版时间：2016-06—2209：36网络出版地址：wwwcnkinet／kcms／detail／11．1929V201606220936002htmI基金项目：国家自然科学基金(51265043，51265042)；江西省高等学校科技

6、落地计划(KJLDl3055，KJLDl2074)*通讯作者E—mail：liming—ke@126com戮用格武；毛育青，瓤黎明，赳奋成，等?铝合金厚板搅拌摩擦焊焊缝蘸松缺陷形成祝理[Jj航空学报，2017，38(3)：420367．MAOYQ．KELM．LtuFc．eta

7、iFormationmechanismofwefd

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14、ca．2017，38(3)：420367．420367—1航空学报这是由

15、于焊接热输入不足造成金属的流动性差所导致。Kim等[1朝研究FSW过程中缺陷类型发现，焊接过程中材料会产生异常搅动而形成隧道孔洞缺陷。产生异常搅动的原因可能是由于焊缝上部和下部的温度不同造成的。对厚板铝合金FSW而言，焊缝上、下部金属温度分布很不均匀。Xu等[吲对14mm厚的2219铝合金进行FSW焊接发现，焊缝上、下表层温度相差15℃左右。Mao等[17]对20mm厚的AA7075一T6进行FSW焊接时发现，沿焊缝厚度方向上最大温度差达90℃。Canaday等[18]对32mm厚的AA7050焊接时发