鋁合金攪拌摩擦焊點(diǎn)焊工藝

xiaobing86203

摘要：針對(duì)2 mm 厚6082-T6 鋁合金搭接攪拌摩擦點(diǎn)焊進(jìn)行工藝研究，以轉(zhuǎn)速、下扎時(shí)間、回填時(shí)間、下扎深度為變量，進(jìn)行不同試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)量不同參數(shù)下的剪切強(qiáng)度、觀察金相組織，獲得了2 mm 厚6082-T6 鋁合金搭接點(diǎn)焊的優(yōu)化工藝參數(shù)。試驗(yàn)表明，最佳轉(zhuǎn)速為2 100 rpm，最佳下扎時(shí)間為3 s，最佳回填時(shí)間為3 s，最佳下扎深度為2.7 mm。

前言

        鋁合金材料已廣泛應(yīng)用于汽車制造等多個(gè)領(lǐng)域，其對(duì)減輕汽車質(zhì)量有很大幫助。鋁可代替兩倍質(zhì)量的鋼或鐵，每使用一磅鋁材就能減少9.07 kg 的CO2 排放。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，在汽車制造上用鋁代替鋼后，汽車質(zhì)量每減輕10%，燃油消耗就能節(jié)省約6%～8%[1]。

        汽車覆蓋件的外板通常使用6000 系列鋁合金，板材厚度1.0～2.0 mm，其優(yōu)點(diǎn)是成形后不出現(xiàn)拉伸應(yīng)變表面缺陷[2]。當(dāng)采用傳統(tǒng)的電阻點(diǎn)焊焊接鋁材時(shí)，電極壽命較低，而伴隨電極的變質(zhì)容易產(chǎn)生焊接缺陷，焊接質(zhì)量明顯下降。攪拌摩擦點(diǎn)焊FSSW（Friction Stir Spot Welding）是為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)電阻點(diǎn)焊技術(shù)的不足，由日本馬自達(dá)公司等研發(fā)的新型焊接技術(shù)。其接頭表面質(zhì)量好、光滑、無(wú)缺陷，剪切強(qiáng)度不低于電阻焊，而且大幅度降低了加工能耗和成本，若將目前的電阻點(diǎn)焊設(shè)備改造為鋁合金攪拌摩擦點(diǎn)焊設(shè)備后能量消耗減少了99%，設(shè)備投資節(jié)省了40%[3]。因此，本試驗(yàn)利用回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)，研究不同的焊接工藝參數(shù)對(duì)6082-T6鋁合金焊接接頭的組織及力學(xué)性能的影響。

1 試驗(yàn)材料及方法

        焊接對(duì)象為6082-T6 鋁合金板材，板材尺寸為140 mm×50 mm×2 mm，焊接前需去除表面氧化層，焊接方式為搭接。以轉(zhuǎn)速、下扎時(shí)間、回填時(shí)間、下扎深度為變量，進(jìn)行多組不同試驗(yàn)。試驗(yàn)參數(shù)的選擇通過(guò)正交試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行，正交試驗(yàn)如表1 所示。按照試驗(yàn)組數(shù)，每組參數(shù)做5 個(gè)試樣，焊后觀察接頭宏觀形貌，取3 個(gè)做力學(xué)剪切，2，而后根據(jù)數(shù)據(jù)分析，得出最優(yōu)參數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

        表1 為各組試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的剪切強(qiáng)度，其數(shù)值為每組3 個(gè)試樣剪切強(qiáng)度的平均值。根據(jù)這25 次試驗(yàn)結(jié)果來(lái)分析因素各水平對(duì)剪切強(qiáng)度的影響。轉(zhuǎn)速1 800 rpm 的是第1、2、3、4、5 號(hào)試驗(yàn)，其剪切強(qiáng)度均值為27.052 MPa；轉(zhuǎn)速2 100 rpm 的是第6、7、8、9、10 號(hào)試驗(yàn)，其剪切強(qiáng)度均值為28.368 MPa；轉(zhuǎn)速2 400 rpm 的是第11、12、13、14、15 號(hào)試驗(yàn)，其剪切強(qiáng)度均值為20.486 MPa；轉(zhuǎn)速2 700 rpm 的是第16、17、18、19、20 號(hào)試驗(yàn)，其剪切強(qiáng)度是均值是20.500 MPa；轉(zhuǎn)速3 000 rpm 的是第21、22、23、24、25 號(hào)試驗(yàn)，其剪切強(qiáng)度均值是28.134 MPa。顯然轉(zhuǎn)速2 100 rpm 剪切強(qiáng)度最高，轉(zhuǎn)速2 400 rpm 最差，兩者的極差R=28.368-20.486=7.882 MPa。它表示采用轉(zhuǎn)速2 100 rpm 比采用轉(zhuǎn)速2400 rpm的剪切強(qiáng)度平均值提高7.882 MPa。

        同樣的方法可比較下扎時(shí)間、回填時(shí)間、下扎深度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響�？傻贸鲎罴艳D(zhuǎn)為2 100 rpm，最佳下扎時(shí)間為3 s，最佳回填時(shí)間為3 s，最佳下扎深度為2.7 mm。下扎時(shí)間極差R=25.162，對(duì)剪切強(qiáng)度影響最大的因素為下扎時(shí)間。

        6082-T6 鋁合金搭接焊點(diǎn)除未焊合組參數(shù)外，其他組經(jīng)X 光射線檢測(cè)均未發(fā)現(xiàn)缺陷。最優(yōu)參數(shù)下的焊點(diǎn)表面宏觀形貌如圖2 所示。

通過(guò)前面剪切強(qiáng)度計(jì)算，8#、9#、10# 號(hào)試驗(yàn)剪切強(qiáng)度較大，現(xiàn)選取其金相進(jìn)行觀察，分別如圖3a～圖3c 所示，可看到其焊點(diǎn)底部中心區(qū)域均有缺陷。其中剪切強(qiáng)度不大，但金相完好的試件19#、20#、21#分別如圖3d～圖3f 所示。

3 結(jié)論

        2 mm 厚6082-T6 鋁合金搭接攪拌摩擦點(diǎn)焊的最佳工藝參數(shù)為：攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度2 100 rpm，下扎時(shí)間3 s，回填時(shí)間3 s，下扎深度2.7 mm。其中，下扎時(shí)間對(duì)焊接接頭剪切強(qiáng)度影響最大。

  除未焊合組參數(shù)之外，其他接頭組織經(jīng)X 光射線檢測(cè)均未發(fā)現(xiàn)缺陷。通過(guò)對(duì)剪切強(qiáng)度和金相觀察可知，剪切強(qiáng)度大的試件其焊縫不一定完好。

未來(lái)第一站

攪拌摩擦焊記得是英國(guó)焊接研究所最早提出的，還申請(qǐng)了專利，北京有家公司國(guó)內(nèi)獨(dú)大。

魚(yú)滿多

南昌也有攪拌摩擦焊......

wangpuchao