2a12铝合金搅拌摩擦焊工艺性能研究

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1、24·工艺与新技术·焊接技术第42卷第11期2013年11月文章编号：1002—025X(2013)11—0024—032A12铝合金搅拌摩擦焊工艺性能研究姬生星，周友龙，曾菲圆，田博(西南交通大学材料学院，四川成都610031)摘要：针对2A12铝合金搅拌摩擦焊进行工艺试验研究，通过选取不同的焊接工艺参数对6mm厚度的2A12铝合金板材进行搅拌摩擦焊接，并对焊接接头取样进行拉伸试验、冲击试验、弯曲试验、维氏硬度测量、微型剪切试验和金相组织观察等试验研究。试验结果表明，采用带螺纹圆台形搅拌焊针，当旋转速度∞为I100r／r

2、ain，焊接速度u为60ram／rain时．可获得性能良好的搅拌摩擦焊对接接头。接头的硬度呈W形分布。两侧母材硬度值最高，热影响区和热机影响区发生软化。并由于焊接接头各区受到的热一机影响作用的不同，组织状况存在较大的差异，从而各区的性能有较大的变化。关键词：搅拌摩擦焊；2A12铝合金；焊接工艺参数；力学性能；金相组织中图分类号：1℃453．9文献标志码：B瞩目[1-3]。0前言2A12铝合金属于铝一铜一镁系合金，是硬铝合金1试验材料与方法中非常重要的一种。成形性能好。耐热性比铝一镁本试验采用2A12铝合金板材作为焊接材料，

3、板系、铝一镁一硅系合金高。可以在高温下使用。同时，材尺寸为300mmxl50mmx6mm。其化学成分见表2A12铝合金还具有较好的抗应力腐蚀性能和高的断I，力学性能见表2。裂韧度。在航空航天、汽车、船舶等工业领域中应用广泛。对于这种铝合金，由于其熔点较低、密度较小、热导率大，采用传统的熔焊技术时，其容易产生热裂纹、焊接变形、气孔等缺陷，并且接头软I2A12铝合金232212131l化现象严重，性能降低，限制了其实际应用。英国焊接研究所开发的搅拌摩擦焊(FrictionStirWeld—试验采用JBM01—06型搅拌摩擦焊机

4、，选用的搅ing，简称FsW)技术为这类问题的解决提供了一个拌针采用圆锥带螺纹搅拌针加内凹锥面轴肩设计，新思路。搅拌摩擦焊是一种塑性连接工艺，焊接过轴肩直径23．1mm，螺纹型搅拌针直径为5．7mm，程中接头部位不存在金属的熔化，是一种固态焊接长5．7mm。试验时，彻底清除铝合金板上距焊缝20过程。搅拌摩擦焊不仅很少出现类似于熔焊的各种mm范围内正反面的氧化膜和油污。对2A12铝合金缺陷，而且具有工艺简单、能保持原合金的冶金性进行搅拌摩擦焊接，采用的工艺参数见表3，并对所能、可以焊接异种金属以及易于实现机械化与自动焊接头进

5、行了力学性能试验和组织观察。表3焊接工艺参数化等优点，并可以有效地解决铝合金的焊接问题，主轴转速／(r·min。)焊接速度／(mm·rain。)主轴位置／ram引弧延时／s因而搅拌摩擦焊显示出良好的应用前景而受到世人l125070262．172l25075262．373110060262．39收稿日期：2013-03—054100060262．39基金项目：中央高校科技创新基金项目(A0920502051102—51)于晶粒被拉长，硬度明显下降，热机影响区的形成2试验结果及分析是由搅拌针的搅拌作用在焊缝边缘形成的，其是经2

6、．1工艺试验结果过搅拌作用的区域，搅拌区组织发生动态再结晶后当旋转速度∞为1000r／min。焊接速度u为60发生时效，搅拌区存在的析出相导致搅拌区硬度有mtrdmin时，可获得成形良好的焊缝，未出现任何宏所升高。搅拌区硬度比热机影响区要高，但是比母观上的缺陷，焊后变形很小，如图1所示，且宏观材的要低．因为搅拌区由于搅拌针的搅拌作用和高金相无裂纹、气孔、未焊透等缺陷。速旋转所产生的热量使搅拌区组织发生动态再结晶，晶粒内位错密度降低，硬度下降。但同时动态再结晶产生新的细小的等轴晶粒，根据霍尔一佩奇公式，晶粒尺寸越小，材料强度

7、越高，硬度相对较高⋯。圃‘)n“2．2拉伸试验结果与分析Rj．I-．1I、／}{¨。．li、／‘·‘。在WE—D系列精密性微控电子式万能试验机上。，，，j7i‘‘：-÷‘。-_’二：’。’进行拉伸性能试验，试验结果见表4，所有拉伸断口蚕孙．均出现在焊缝处，说明搅拌摩擦焊后，焊缝金属的兰65⋯、z、、掣V．jil，抗拉强度要明显小于母材金属，故焊缝区属于焊接÷‘‘¨W乞--。j^；I'·+接头强度较为薄弱的区域。除2。试件外，所有拉伸45断口均为塑性断裂．说明本试验其余3组工艺参数OlO2030405060硬度点焊接所得试件

8、均有良好的韧塑性。24试件抗拉强度图2焊接接头硬度分布曲线仅为母材的44．7％，由拉伸断口可知，其拉伸断面存2．4金相组织观察与分析在明显的未焊透，并且有隧道形孔洞缺陷存在，较图3为搅拌摩擦焊接头不同位置的金相组织。大地降低了接头的抗拉强度。对比4组焊接工艺参数可知。2。试件焊接速度为4组工艺参数中最高