鋁合金攪拌摩擦焊的工藝研究

1、    鋁合金攪拌摩擦焊的工藝研究    王兵林麗張華摘  要：在20世紀90年代，在固態(tài)塑化連接中出現(xiàn)的一種新工藝，即攪拌摩擦焊工藝。攪拌摩擦焊與傳統(tǒng)工藝相比，具有很多傳統(tǒng)工藝無法比擬的優(yōu)勢，攪拌摩擦焊工藝具有無飛濺、無煙塵的特點，是當下最典型的清潔加工制造技術(shù);其次，使用攪拌摩擦焊進行焊接時，形成的焊縫較好，這主要得益于攪拌摩擦焊的接頭部分沒有金屬融化，也不存在大范圍的熱塑變形。在鋁合金焊接中攪拌摩擦焊是重要的工藝方法，本文將對鋁合金攪拌摩擦焊工藝進行深入的研究。關(guān)鍵詞：鋁合金;攪拌摩擦焊;工藝引言：自攪拌摩擦焊誕生以來，因其自身具備的優(yōu)點

2、一度受到世界學者的高度注意。目前，攪拌摩擦焊被評為當代綠色環(huán)保焊接技術(shù)，堪稱焊接技術(shù)的一次革命。與傳統(tǒng)的熔化焊比較，攪拌摩擦焊不僅節(jié)約成本，還不會產(chǎn)生煙塵、輻射等，更不會對工人的身體健康帶來危害。發(fā)達國家在鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)上的研究比我國要早，并且發(fā)達國家已經(jīng)進入了商業(yè)化階段，但我國對鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)的研究力度也在不斷加大，以促進我國工業(yè)領(lǐng)域能夠盡早推廣該項技術(shù)。一、攪拌摩擦焊概述（一）攪拌摩擦焊的基本原理攪拌摩擦焊的工作原理以高速旋轉(zhuǎn)的特殊的攪拌頭作為攪拌摩擦焊的焊接工具，在焊接初始階段攪拌頭會以高速旋轉(zhuǎn)的速度插入到接縫中，當?shù)竭_設(shè)定的深度時需要停留0.2秒，這時攪拌頭會沿著焊接的方向

3、進行旋轉(zhuǎn)運動。但是在焊接過程中，摩擦產(chǎn)生的熱量和攪拌產(chǎn)生的熱量會導致焊縫材料升溫，使接頭金屬的塑性軟化更加充分，使其隨著攪拌頭進行移動形成塑性流，由于受到軟化程度不同的影響發(fā)生的塑性變形也不同。（二）攪拌摩擦焊的優(yōu)缺點攪拌摩擦焊不僅可以對普通焊接方法難以焊接的材料進行焊接，還具有普通焊接方法不具備的優(yōu)點：第一，攪拌摩擦焊溫度低;第二，攪拌摩擦焊不會產(chǎn)生組織缺陷;第三，攪拌摩擦焊各種機械性能完好;第四，攪拌摩擦焊成本低，輔助工作量少;第五，攪拌摩擦焊不需要氣體保護和韓料;第六，攪拌摩擦焊可以實現(xiàn)全位置焊接;第七，攪拌摩擦焊操作簡單、效率高;第八，攪拌摩擦焊應(yīng)力小、適用性強;第九，攪拌摩擦焊是一種

4、環(huán)保型的焊接方法;第十，攪拌摩擦焊能夠?qū)崿F(xiàn)不同種材料的焊接和水下作業(yè)。而攪拌摩擦焊也并非是一種十全十美的焊接技術(shù)，它也存在一定的不足和缺點。攪拌摩擦焊的缺點有：第一，攪拌摩擦焊接速度低;第二，攪拌摩擦焊需要加緊工件;第三，攪拌摩擦焊需要支架;第四，攪拌摩擦焊的焊縫端部對出現(xiàn)匙孔;第五，攪拌摩擦焊在焊接薄板時會發(fā)生一定程度的變形。（三）攪拌摩擦焊的應(yīng)用現(xiàn)狀因攪拌摩擦焊是一種環(huán)保型的新型焊接技術(shù)，自問世以來在短短的幾年時間就得到了快速的發(fā)展，無論是在焊接機理還是適用材料和設(shè)備等方面都取到了較大的突破?，F(xiàn)階段，攪拌摩擦焊接技術(shù)主要是應(yīng)用在鋁合金、鎂合金、鋅合金等合金材料的焊接中，因其具有較好的焊接效

5、果得到廣泛的應(yīng)用。在應(yīng)用領(lǐng)域上，攪拌摩擦焊技術(shù)主要應(yīng)用在航空、航天、船舶、高速列車等領(lǐng)域的焊接制造中，并在這些領(lǐng)域的產(chǎn)品制造中發(fā)揮了重要的作用，使得產(chǎn)品的質(zhì)量得到了進一步的保障。二、鋁合金攪拌摩擦焊的工藝研究在對鋁合金攪拌摩擦焊的工藝進行分析時，選擇3毫米厚的純鋁、硬鋁和防銹鋁作為焊接材料，然后采用鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)方法對其進行焊接，選用自制攪拌摩擦焊設(shè)備，然后進行不同尺寸攪拌焊頭和不同工藝參數(shù)的對比實驗，以觀察焊縫的質(zhì)量、接頭的力學性能，并對工藝參數(shù)和焊縫質(zhì)量的影響關(guān)系進行分析。（一）攪拌焊頭對焊縫質(zhì)量的影響攪拌焊頭的結(jié)構(gòu)作為攪拌摩擦焊的核心，是一種非消耗的、可旋轉(zhuǎn)的焊接工具。理想結(jié)構(gòu)的攪

6、拌接頭能夠提高摩擦所產(chǎn)生的熱量并具有較好的金屬流動性，在攪拌焊頭進行移動時所受的阻力也比較小，因此在焊接速度較高的情況下對較厚的板材進行焊接。首先，攪拌焊頭形狀對鋁合金焊縫質(zhì)量的影響。攪拌焊頭的形狀主要影響鋁合金攪拌摩擦焊的摩擦產(chǎn)熱和金屬塑性的流動性。目前，攪拌焊頭的形狀主要有圓柱形、圓錐形、螺旋形等。攪拌焊頭設(shè)計合理時，摩擦產(chǎn)生的熱量較高，同時金屬的流動性也較好，焊接的質(zhì)量也相對較好。其次，攪拌焊針尺寸鋁合金焊縫質(zhì)量的影響。大量的實踐表明，攪拌焊針直徑是焊件厚度0.9-1.1 倍時，焊接的焊縫質(zhì)量最為理想。焊針的長度對焊縫背面的成形有一定的影響，焊針過短就無法焊透背面;焊針過長就會導致背面產(chǎn)

7、生的熱量較高，這樣就會對成形的效果帶來影響。一般說來，在對3毫米厚的鋁合金薄板進行焊接時，焊針的長度以3毫米的直徑為最佳，其長度應(yīng)控制在2.5-2.8毫米之間。（二）工藝參數(shù)對焊縫質(zhì)量的影響在鋁合金攪拌摩擦焊中，工藝參數(shù)中的旋轉(zhuǎn)速度、焊接速度、壓力等都會對焊接的質(zhì)量帶來影響。當焊接的旋轉(zhuǎn)速度與焊接速度的比值不斷增加時，焊接線的能力就會更加區(qū)域穩(wěn)定，這時焊接的質(zhì)量也就越好。當焊接的旋轉(zhuǎn)速度與焊接速度的比值較小時，輸入到焊縫的熱量就會越高，焊縫的焊接質(zhì)量會因為金屬熱量的過高而較差。其次，實踐表明當肩部直徑為9毫米，焊針直徑為3毫米時，壓力應(yīng)保持在215-220n，就會鋁合金攪拌摩擦焊的焊接質(zhì)量較好

8、。若壓力過大，輸入熱量過高，焊縫的致密就越好;若壓力過大，焊縫的組織就會出現(xiàn)疏松，內(nèi)部也會出現(xiàn)孔洞。（三）攪拌接頭的力學性能分析通過進行拉伸實驗，計算出平均抗拉強度，母材為123mpa，焊縫為97.8mpa。在接頭處于焊態(tài)時，焊縫硬度要低于母材;在進行低溫退火處理之后母材硬度要高于焊縫。通過比對接頭與母材的金相組織，焊縫的晶粒要相對細小均勻些。在進行攪拌摩擦焊時，在經(jīng)歷塑性變形和動態(tài)再結(jié)晶之后，晶粒細化、組織致密，焊縫內(nèi)部就不會出現(xiàn)裂紋等缺陷。結(jié)束語：綜上所述，在焊接技術(shù)發(fā)展的歷程中，鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)是其發(fā)展中重要的里程碑，為材料的連接提供了新技術(shù)、新方法?，F(xiàn)如今，鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)因其自身的優(yōu)勢已經(jīng)在很多領(lǐng)域中被廣泛的應(yīng)用，但隨著該項技術(shù)的不斷完善和成熟，可以快速的推動我國焊接制造業(yè)的發(fā)展。參考文獻1  彭軍. abs