2024-T4铝合金水下搅拌摩擦焊接研究.pdf

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1、第42卷第9期稀有金属材料与工程Vo1．42，No．92013在9月RAREMETALMATERIALSANDENG／NEER／NGSeptember20132024．T4铝合金水下搅拌摩擦焊接研究王快社，吴楠，王文，丁凯，郭强(西安建筑科技大学，陕西西安710055)摘要：分别在空气和循环水冷条件下对2024一T4铝合金板进行搅拌摩擦焊接(frictionstirwelding，FSW)，研究了水冷介质对FSW接头组织性能的影响。结果表明：循环水冷介质具有明显的瞬时快冷作用，水冷介质下FSW可以显著细化晶粒，并抑制焊核区析出相的生长，

2、焊核区的平均晶粒尺寸达到700nm，析出相尺寸达到30～200nm。水冷介质减弱了FSW接头的热软化效应，改善了接头的组织和性能，使焊核区HV显微硬度值提高了234MPa，接头抗拉强度提高了52．2MPa，但试样延伸率有所下降。关键词：铝合金；搅拌摩擦焊接；水冷介质；微观组织；力学性能中图法分类号：TG456．5文献标识码：A文章编号搅拌摩擦焊(frictionstirwelding，FSW)是由英为4．41Cu，1．61Mg，0．27Fe，O．59Mn，0．17Si，余量国焊接研究所于1991年开发出的一种新型焊接技Al，其力学性能如

3、表1所示。FSW在改造的X5032型术[1]。在FSW过程中，搅拌针与焊件发生剧烈摩擦而立式升降台铣床上进行。搅拌头工具材料为W18Cr4V，产生大量的摩擦热和塑性变形热，使金属塑化并随搅搅拌头轴肩直径为12mm，搅拌针直径为3．4mm，高拌头的移动而形成焊缝。作为一种固相连接技术，FSW度为2．8mm。搅拌头的前进速度为47．5mm／min，旋转被广泛应用于难焊接高强铝合金的焊接之中。FSW可速度为600r／min，压下量为0．2mm。实验时，首先将以有效避免传统熔焊所产生的气孔、裂纹等缺]，铝合金板接头端面用刨床刨平，并用钢丝刷将工

4、件待焊但是无法阻止由高温温度场所造成的接头热软化效接表面刷干净，并用丙酮清洗。然后，将被焊接材料用应[5。】。针对这一问题，目前国内外的一些学者采用冷压板固定在冷却水槽内，采用循环水冷却，水流速度为却介质在焊接过程中对被焊工件进行强制冷却，以减0．15L／s，冷却水的初始温度为25．3℃。弱焊接温度场对接头的热软化效应，从而改善接头的为了了解焊接过程中焊核区(nuggetzone，NZ)组织和性能。H．J．Liu等人Is,9]分别在空气和水中对的温度变化，采用热电偶对焊件进行测温。由于焊接2219铝合金进行了FSW，对比研究了FSW接头

5、的力过程中，NZ材料在搅拌针的直接作用下发生强烈的学性能。结果表明：水中FSW接头的抗拉强度比空气塑性变形，而无法填埋热电偶直接测量该区的实际温中接头的抗拉强度提高了17MPa，达到母材抗拉强度度，因此，测温点安置于搅拌针外侧，距离焊缝中心的79％，但与空气中FSW接头相比，水中FSW接头3．5mm处。实验时，首先在被测铝板特征点处加工直焊核区的硬度值明显降低。本实验分别在空气和循环径为1．2mm、深为10．0mm的盲孔，孔底为测温点所水冷介质条件下对2024．T4铝合金板进行FSW，研究在位置，实验时热电偶测量端头在孔底处与材料紧密循

6、环水冷介质对焊接接头组织和性能的影响。发现水接触。下搅拌摩擦焊接(submergedfrictionstirwelding，金相试样用Keller试剂腐蚀后采用Neophot．21型SFSw)接头抗拉强度和硬度均高于FSW接头，热软光学显微镜观察。采用JEM一200CX型透射电子显微化效应得到改善。表12024．T4铝合金的力学性能1实验Table1Mechanicalpropertiesof2024-T4aluminiumalloy实验选用70．0mm~60．0minx3．0mm的2024．T4铝合金板材进行FSW，铝合金的化学成分(

7、质量分数，％)收稿日期：2012．09．28基金项目：国家自然科学基金(51074119)：陕西省教育厅科学研究计划(11JK0802)：西安市工业应用技术研发项~(CXYl124(4))作者简介：王快社，男，1966年生，博士，教授，西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西西安710055，电话：029—82205096，E．mail：wangkuaishe888@126．com·1952·稀有金属材料与工程第42卷9125978．8[P]，19913结论[2]LiuHJ，FujiiH，MaedaMeta1．MaterialsProcess

8、ing1)与空气介质条件下的FSW温度曲线相比，水Technology[J]，2003，142：692冷介质条件下的温度曲线表现出较低的峰值温度、较[3]LeeWB，YeonYM，JungSB．Materi