旋转速度对航空高强铝合金搅拌摩擦焊缝性能的影响.pdf

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1、NONFERR0USMETALSENGINEERINGdoi：10．3969／j．issn．2095-1744．2013．01．003旋转速度对航空高强铝合金搅拌摩擦焊缝性能的影响舀夏罗生张家界航空工业职业技术学院湖南张家界427000摘要：航空材料7022高强铝合金因具备密度低、比强度高等优点常被用作飞机框架零件材料。采用搅拌摩擦焊方法对7022铝合金进行焊接试验。结果表明，旋转速度是影响焊缝质量的关键因素，当旋转速度值为400r／min时，能获得细小的等轴再结晶晶粒，焊缝力学性能达到最佳状态，焊接速度为100mm／min时，抗拉强度为604．79MPa，已超过母材的抗

2、拉强度598MPa，达到母材的102．5％，屈服强度2为525．21MPa，接近母材的屈服强度530MPa，达到母材的99．10％，平均延伸率约为3．45％，呈现出优异的力学性能。关键词：7022铝合金搅拌摩擦焊；旋转速度；微观组织；力学性能中图分类号：TG453．9文献标志码：A文章编号：2095—1744(2013)01-0024—03材料是航空工业发展的基础，好的航空材料应具有擦焊接试验，初步研究旋转速度对搅拌摩擦焊焊缝组织质量轻、密度低、比强度高、导热性好等优点。7022高强和接头性能的影响。铝合金包含的主要合金元素是锌，其密度仅为钢的1／3、比模量接近于高强度钢

3、、比强度超过高强度钢，若采用热处1实验方法理来强化，其强度还可显著提高，因此常被用作飞机结构1．1试验方案框架零件材料[1-3]0航空材料的常规连接方法是铆接，其局限性随飞机研究搅拌头旋转速度度对7022铝合金焊缝焊接性性能的提高而越发明显。若改用一般焊接方法，因高强能的影响，寻找7022铝合金焊接的最佳焊接工艺参数，铝合金的熔点低、失稳I临界应力低、线膨胀系数大等特以提高搅拌摩擦焊焊缝质量。在保证各项工艺参数相同点，存在焊后残余应力大及变形大的问题，严重影响焊缝(如工艺倾角、材料厚度、焊接速度、顶锻压力等)的情况下接头性能。搅拌摩擦焊技术是一种新的固相连接技术，解采用不

4、同的搅拌头旋转速度对7022铝合金进行焊接，对决了低熔电合金焊接难题，具有无烟尘、无飞溅、不需要添比分析焊缝组织和接头性能[9-121。加焊丝和无需保护气体等优点，因而对环境污染小、节省1．2试验设备能源、并且焊后的残余应力和变形非常小、接头力学性能采用自制龙门搅拌摩擦焊设备对7022铝合金进行单好，是一项可持续发展的绿色环保清洁战略技术，已成功应用于航空航天类飞行器(如民用飞机)、高速动车、装甲道对接搅拌摩擦焊，在焊接接口沿焊核区横向取样，制作车、大型舰船等结构件的制造，显示出优良的性能，并产生了显著的经济效益[4-81。基金项目：湖南省教育厅自然科学研究项目(11C1

5、290)收稿日期：2012—07—16国内对影响7022铝合金搅拌摩擦焊接性能工艺参数作者简介：夏罗生(1970．)，男，湖南益阳市人，副教授，硕士研究还很少，通过对7022高强铝合金材料进行的搅拌摩主要从事搅拌摩擦焊技术和数控技术方面的研究。24工程技术EngineeringTechnology丽NONFERR0USMETALSENGINEERING变化规律与抗拉强度变化规律基本相同，如图2(b)所示，量增加，同时机械搅拌作用也加剧，使焊缝区材料逐渐热也是从479．94MPa渐渐增加到525．21MPa，然后开始塑化从而形成热塑流动层，产生紧密而均匀的组织。然而，逐步减

6、小到457．29MPa，在n=400r／min时焊缝屈服强度若继续增大旋转速度，摩擦产生的热量进一步增加，会使：最大，达到525．21MPa。经分析认为，在其余工艺参数单位长度焊缝上获得的热量过多，导致与搅拌轴肩和搅拌相同时，旋转速度过慢，会使机械搅拌作用不够显著，其针接触区域材料的温度超过其溶点而熔化，以致焊缝强摩擦产热小，热循环不够，材料难以热塑化而流动l生不够，度下降。由此可见，搅拌头旋转速度是影响焊缝强度的关难以形成致密的组织。若逐渐增大旋转速度，搅拌轴肩及键因素。搅拌针与焊缝区材料的摩擦逐渐加大，因摩擦而产生的热540610商520590羔50057048055

7、0篙460530510250300350400450500550600250300350400450500550600旋转速度n／(r’min。)旋转速度n／(rmin--)(a)旋转速度与抗拉强度关系；(b)旋转速度与屈服强度关系图2旋转速度与焊缝力学性能的关系加工工艺，2O10，39(11)：144—146．3结论[6】RhodesCG，MahoneyMw，BingelWH．Effectoffriction搅拌头旋转速度是影响焊缝性能的关键因素，当旋stirweldingonmicrostructureof7075alum