旋轉(zhuǎn)速度對(duì)航空高強(qiáng)鋁合金攪拌摩擦焊縫性能的影響.pdf

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1、NONFERR0USMETALSENGINEERINGdoi：10．3969／j．issn．2095-1744．2013．01．003旋轉(zhuǎn)速度對(duì)航空高強(qiáng)鋁合金攪拌摩擦焊縫性能的影響舀夏羅生張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院湖南張家界427000摘要：航空材料7022高強(qiáng)鋁合金因具備密度低、比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)常被用作飛機(jī)框架零件材料。采用攪拌摩擦焊方法對(duì)7022鋁合金進(jìn)行焊接試驗(yàn)。結(jié)果表明，旋轉(zhuǎn)速度是影響焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵因素，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度值為400r／min時(shí)，能獲得細(xì)小的等軸再結(jié)晶晶粒，焊縫力學(xué)性能達(dá)到最佳狀態(tài)，焊接速度為100mm／min時(shí)，抗拉強(qiáng)度為604．79MPa，已超過母材的抗

2、拉強(qiáng)度598MPa，達(dá)到母材的102．5％，屈服強(qiáng)度2為525．21MPa，接近母材的屈服強(qiáng)度530MPa，達(dá)到母材的99．10％，平均延伸率約為3．45％，呈現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能。關(guān)鍵詞：7022鋁合金攪拌摩擦焊；旋轉(zhuǎn)速度；微觀組織；力學(xué)性能中圖分類號(hào)：TG453．9文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：2095—1744(2013)01-0024—03材料是航空工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，好的航空材料應(yīng)具有擦焊接試驗(yàn)，初步研究旋轉(zhuǎn)速度對(duì)攪拌摩擦焊焊縫組織質(zhì)量輕、密度低、比強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好等優(yōu)點(diǎn)。7022高強(qiáng)和接頭性能的影響。鋁合金包含的主要合金元素是鋅，其密度僅為鋼的1／3、比模量接近于高強(qiáng)度鋼

3、、比強(qiáng)度超過高強(qiáng)度鋼，若采用熱處1實(shí)驗(yàn)方法理來強(qiáng)化，其強(qiáng)度還可顯著提高，因此常被用作飛機(jī)結(jié)構(gòu)1．1試驗(yàn)方案框架零件材料[1-3]0航空材料的常規(guī)連接方法是鉚接，其局限性隨飛機(jī)研究攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度度對(duì)7022鋁合金焊縫焊接性性能的提高而越發(fā)明顯。若改用一般焊接方法，因高強(qiáng)能的影響，尋找7022鋁合金焊接的最佳焊接工藝參數(shù)，鋁合金的熔點(diǎn)低、失穩(wěn)I臨界應(yīng)力低、線膨脹系數(shù)大等特以提高攪拌摩擦焊焊縫質(zhì)量。在保證各項(xiàng)工藝參數(shù)相同點(diǎn)，存在焊后殘余應(yīng)力大及變形大的問題，嚴(yán)重影響焊縫(如工藝傾角、材料厚度、焊接速度、頂鍛壓力等)的情況下接頭性能。攪拌摩擦焊技術(shù)是一種新的固相連接技術(shù)，解采用不

4、同的攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度對(duì)7022鋁合金進(jìn)行焊接，對(duì)決了低熔電合金焊接難題，具有無煙塵、無飛濺、不需要添比分析焊縫組織和接頭性能[9-121。加焊絲和無需保護(hù)氣體等優(yōu)點(diǎn)，因而對(duì)環(huán)境污染小、節(jié)省1．2試驗(yàn)設(shè)備能源、并且焊后的殘余應(yīng)力和變形非常小、接頭力學(xué)性能采用自制龍門攪拌摩擦焊設(shè)備對(duì)7022鋁合金進(jìn)行單好，是一項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展的綠色環(huán)保清潔戰(zhàn)略技術(shù)，已成功應(yīng)用于航空航天類飛行器(如民用飛機(jī))、高速動(dòng)車、裝甲道對(duì)接攪拌摩擦焊，在焊接接口沿焊核區(qū)橫向取樣，制作車、大型艦船等結(jié)構(gòu)件的制造，顯示出優(yōu)良的性能，并產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益[4-81?；痦?xiàng)目：湖南省教育廳自然科學(xué)研究項(xiàng)目(11C1

5、290)收稿日期：2012—07—16國內(nèi)對(duì)影響7022鋁合金攪拌摩擦焊接性能工藝參數(shù)作者簡介：夏羅生(1970．)，男，湖南益陽市人，副教授，碩士研究還很少，通過對(duì)7022高強(qiáng)鋁合金材料進(jìn)行的攪拌摩主要從事攪拌摩擦焊技術(shù)和數(shù)控技術(shù)方面的研究。24工程技術(shù)EngineeringTechnology麗NONFERR0USMETALSENGINEERING變化規(guī)律與抗拉強(qiáng)度變化規(guī)律基本相同，如圖2(b)所示，量增加，同時(shí)機(jī)械攪拌作用也加劇，使焊縫區(qū)材料逐漸熱也是從479．94MPa漸漸增加到525．21MPa，然后開始塑化從而形成熱塑流動(dòng)層，產(chǎn)生緊密而均勻的組織。然而，逐步減

6、小到457．29MPa，在n=400r／min時(shí)焊縫屈服強(qiáng)度若繼續(xù)增大旋轉(zhuǎn)速度，摩擦產(chǎn)生的熱量進(jìn)一步增加，會(huì)使：最大，達(dá)到525．21MPa。經(jīng)分析認(rèn)為，在其余工藝參數(shù)單位長度焊縫上獲得的熱量過多，導(dǎo)致與攪拌軸肩和攪拌相同時(shí)，旋轉(zhuǎn)速度過慢，會(huì)使機(jī)械攪拌作用不夠顯著，其針接觸區(qū)域材料的溫度超過其溶點(diǎn)而熔化，以致焊縫強(qiáng)摩擦產(chǎn)熱小，熱循環(huán)不夠，材料難以熱塑化而流動(dòng)l生不夠，度下降。由此可見，攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度是影響焊縫強(qiáng)度的關(guān)難以形成致密的組織。若逐漸增大旋轉(zhuǎn)速度，攪拌軸肩及鍵因素。攪拌針與焊縫區(qū)材料的摩擦逐漸加大，因摩擦而產(chǎn)生的熱540610商520590羔50057048055

7、0篙460530510250300350400450500550600250300350400450500550600旋轉(zhuǎn)速度n／(r’min。)旋轉(zhuǎn)速度n／(rmin--)(a)旋轉(zhuǎn)速度與抗拉強(qiáng)度關(guān)系；(b)旋轉(zhuǎn)速度與屈服強(qiáng)度關(guān)系圖2旋轉(zhuǎn)速度與焊縫力學(xué)性能的關(guān)系加工工藝，2O10，39(11)：144—146．3結(jié)論[6】RhodesCG，MahoneyMw，BingelWH．Effectoffriction攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度是影響焊縫性能的關(guān)鍵因素，當(dāng)旋stirweldingonmicrostructureof7075alum