搅拌头旋转频率对静止轴肩搅拌摩擦焊接头力学性能的影响规律_姬书得VIP免费

书第36卷第1期2015年1月焊接学报TＲANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONVol．36No．1January2015收稿日期:2014－03－17基金项目:国家自然科学基金资助项目(51204111);航空科学基金资助项目(2013ZE54021，2014ZE54021);先进焊接与连接国家重点实验室基金资助项目(AWJ-M13-07)搅拌头旋转频率对静止轴肩搅拌摩擦焊接头力学性能的影响规律姬书得1，2，孟祥晨1，黄永宪2，高双胜1，路浩3，马琳1(1．沈阳航空航天大学航空航天工程学部，沈阳110136;2．哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨150001;3．南车青岛四方机车车辆股份有限公司，青岛266111)摘要:利用自行设计的静止轴肩装置对6005A-T6铝合金进行了静止轴肩搅拌摩擦焊的试验研究．结果表明，当焊接速度为200mm/min时，表面光滑且无缺陷的焊接接头抗拉强度与断后伸长率随着搅拌头旋转频率的增加呈现先增加后减小的趋势;焊接接头的正背弯180°无裂纹;当旋转频率为1800r/min时，抗拉强度达到最大值234MPa，接头强度系数达到79%．静止轴肩搅拌摩擦焊接头的显微维氏硬度呈W形分布，最小值出现在前进侧的热影响区;接头的软化程度随搅拌头旋转频率的增加而增加．焊接接头的断裂位置位于热力影响区，断口呈韧性断裂．关键词:静止轴肩搅拌摩擦焊;力学性能;搅拌头旋转频率;断口中图分类号:TG453文献标识码:A文章编号:0253－360X(2015)01－0051－040序言作为固相连接技术，搅拌摩擦焊(frictionstirwelding，FSW)具有接头质量高、能耗低、绿色无污染等优点，目前广泛应用于航空、航天、交通等领域［1－3］．事实上在常规的FSW过程中，搅拌头需高速旋转并向焊板施加非常大的垂向作用力以保证足够的热输入;焊缝表面的弧纹随着搅拌头在焊接过程中前进而产生，这也是常规FSW接头的典型宏观特征［4］．表面弧纹的存在不利于接头的性能与表面光滑性，而静止轴肩搅拌摩擦焊(stationaryshoulderfrictionstirwelding，SSFSW)可有效地消除表面弧纹［5］．目前国内外的研究者对SSFSW的对接、角接等接头性能进行了研究［5－10］．Li等人［6］获得了无缺陷的AA2219-T6铝合金SSFSW的对接接头．吉华等人［7］以6061-T6铝合金为研究对象，获得了达到母材抗拉强度65%以上SSFSW的T形接头．Wynne与Daries等人［8，9］的研究结果表明，SSFSW焊接钛合金时可有效避免沿焊缝厚度方向组织不均匀的情况．尽管目前有关SSFSW的研究取得了一些成果，但技术积累明显不足，使SSFSW的实际工程应用存在较大困难．文中以6005A-T6铝合金为研究对象，分析了SSFSW的焊缝成形以及力学性能，研究了旋转频率对接头抗拉强度、断口形貌等的影响．1试验方法以6005A-T6铝合金材料为研究对象进行SSF-SW的对接试验．试板尺寸为500mm×150mm×4.0mm．6005A-T6铝合金的抗拉强度为298MPa，断后伸长率为9．7%．对焊缝区域的材料表面进行打磨后，在型号为FSW-3LM-4012的搅拌摩擦焊设备上进行SSFSW试验．SSFSW的焊接装置主要由外部的不旋转的静轴肩体与内部的可旋转的搅拌头等组成．在焊接过程中，外部的静轴肩与内部的搅拌头同步沿焊接方向移动并实现焊接．文中使用的焊接装置如图1所示．静轴肩的内径与外径分别为6．3与14mm;搅拌头由小轴肩与带螺纹的搅拌针组成，小轴肩的直径为6mm，搅拌针的根部直径与尖端直径分别为4与3mm．文中采用的搅拌头旋转频率分别为1600，1700，1800，1900与2000r/min，焊接速度为200mm/min．焊后的SSFSW接头的拉伸与弯曲试验均在型号为ＲG4300的电子万能试验机上进行测试，拉伸速度为1mm/min;断口利用型号为KYKY-52焊接学报第36卷图1焊接用静止轴肩装置Fig.1Stationaryshoulderequipmentusedinexperiment2800B的扫描电子显微镜分析．2试验结果与讨论与常规搅拌摩擦焊类似，在静止轴肩搅拌摩擦焊过程中可旋转的搅拌头亦产生表面弧纹;在焊接过程中，搅拌头外部静止轴肩会对表面弧纹产生“抹”的作用，从而消除弧纹并获得表面光滑的SSF-SW接头，如图2所示．同时静止轴肩可有效地抑制高温下的塑性金属材料沿旋转的搅拌头轴肩两侧挤出，从而起到减少飞边尺寸的作用．与常规FSW相比，SSFSW接头飞边尺寸的减小相当于有更多的材料被挤入焊缝中，从而对于防...