铝锂合金搅拌摩擦焊搭接接头组织及力学性能.pdf

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1、第33卷第2期航空材料学报Vo1．33．No．22013年4月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSApril2013铝锂合金搅拌摩擦焊搭接接头组织及力学性能张丹丹，曲文卿，庄来杰，杨模聪，陈洁，孟强。，柴鹏(1．北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191；2．上海飞机制造厂，上海200436；3．北京航空制造工程研究所中国搅拌摩擦焊中心，北京100024)摘要：采用搅拌摩擦焊对2mm厚不同铝锂合金进行搭接，并对接头的组织和力学性能进行分析。同时研究了焊接工艺参数、热处理状态对接头性能的影响。研究表明：搭接接头焊核区呈“洋葱环”结构

2、，由细小的等轴晶组织构成；前进侧搭接界面有“钩状”缺陷，对接头力学性能产生不良影响。搭接接头的塑性较差，伸长率仅有3．18％，不及母材伸长率的25％；当转速为800r／min、焊速为200mm／min时，接头的强塑性最佳，抗拉强度达到467MPa(母材的94％)；热处理对搅拌摩擦焊焊接头力学性能影响显著，经过人工时效后，接头强度提高了13％～18％，抗拉强度最高达到526MPa，伸长率都有所下降。断口形貌分析表明：接头拉伸断裂是从前进侧的“钩状”缺陷起裂；接头拉伸断口为准解理和韧窝断裂的复合断口。关键词：搅拌摩擦焊；铝锂合金；力学性能；微观组织；断口分析doi：10

3、．3969／j．issn．1005-5053．2013．2．005中图分类号：TG453．9文献标识码：A文章编号：1005-5053(2013)02—0024-052l世纪是国内外飞机制造技术飞速发展的时优势⋯，同时搭接接头因焊前准备和装配简单、能期，在众多先进飞机制造技术中，搅拌摩擦焊(简称够满足多种形式构件的焊接需要，具有广阔的应FSW)作为一种新型的固相连接技术，在连接飞机金用前景。属材料(铝合金、钛合金)时具有焊接材料兼容性目前国内在搅拌摩擦焊(FSW)工艺方面的研好、接头性能高等特点。FSW过程节能环保、易于究主要集中在焊接参数优化和对接接头性能提高控制

4、，应用于飞机制造具有明显的技术和经济优上，对于厚度为3mm的铝合金板，当焊接速率为势。～。140～220mm／min，旋转速率为1400～1600r／min铝锂合金具有低密度、高比强度、良好的低温性时，可获得表面平整、力学性能优良的对接焊缝，能、耐腐蚀性能等优点，正逐步取代常规铝合金系成汪洪峰等人研究了搅拌摩擦焊工艺参数对7022为我国飞机壁板选择采用的高性能结构材料。而采铝合金残余应力及耐磨耐蚀性能的影响，徐效东等用传统的熔焊技术连接铝锂合金时，锂元素容易发人研究了铝合金接头组织，而对铝锂合金搭接接生烧损、出现焊接气孔和凝固裂纹等缺陷，从而制约头性能方面的工艺研究

5、相对较少。已有研究表明：了铝锂合金的工程应用。已将FSW技术应用于铝在FSW搭接接头焊缝中，未焊合的搭接界面会发生锂合金连接的研究表明，FSW技术能够获得良好的垂直方向上的弯曲，而这种弯曲的搭接界面将降低力学性能接头’。接头的承载能力，在一定程度上影响了FSW搭接接新型飞机机身制造时，需要大量的对接和搭头的推广应用，具有重要的研究意义。所以针对接结构，特别是加强筋和蒙皮壁板之间的“工”形、FSW搭接接头的研究，如搭接接头特征、接头缺陷“z”形和“L”形搭接结构非常普遍。另外，采用及优化焊接工艺等方面，无疑具有重要的学术价值FSW代替铆接，具有减重和提高结构整体性能的

6、和工程意义。本工作深入分析铝锂合金FSW搭接接头不同收稿日期：2012—03-06；修订日期：2012-08-11区域的微观组织与界面成型性能、探索不同工艺参基金项目：北京航空航天大学研究生创新实践基金资助数和热处理状态对FSW搭接结构拉伸性能的影响，作者简介：张丹丹(1987一)，硕士，主要从事搅拌摩擦焊结为FSW技术在飞机壁板关键结构件的工程应用提构的组织及力学性能研究，(E—mail)ashlyn—up@163．corn。供数据基础和技术支持。28航空材料学报第33卷(GUOXJ，LIG，DONGCL，eta1．Mechanicalproper·(WANGHF

7、，ZUODW，SHAODL，eta1．Effectoftiesof1420aluminumlithiumalloyfrictionstirweldingprocessparametersonresidualstressandwearandcorro—[J]．TransactionsoftheChinaWeldingInstitution，2009，si0nresistanceof7022aluminiumalloybyFSW『J]．Jour．30(4)：45—48．)nalofAeronauticalMaterials，2012，32(1)：41—47．)[4]