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搅拌摩擦焊中铝/钢异种金属接头性能的影响因素探究
发布时间:2024-06-27浏览次数:24

与同种材料的搅拌摩擦焊(FSW)相较而言,影响异种材料 FSW 接头质量的工艺参数更为多样。除了常见的焊接速度、旋转速度以及倾角外,母材的相对位置、搅拌针偏移距离、母材表面状况等均会对接头的成形及最终性能产生影响。如下图所示,此为铝/钢异种金属 FSW 接头性能的影响因素。

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在 FSW 过程中,存在五个主要的控制变量参数,分别为焊具旋转速度、焊接速度、倾斜角度、压入量以及搅拌针的直径。Chen 针对 6mm 厚的 6061 - T651 铝合金与 SS400 低碳钢展开 FSW 研究,发现相较于 FSW 工具倾角和搅拌针直径等焊接参数,焊接速度和旋转速度等参数的变化对接头质量的影响更为显著。Tanaka 等在固定焊接速度与焊具尺寸的条件下,探讨了不同旋转速度下接头强度与热输入量之间的关联,发现在低焊接速度的情况下,接头的机械强化作用占据主导地位;而在低焊接速度和高旋转速度的焊接参数条件下,接头能够获得最佳的强度。EL - refaey 等对压入深度给 2mm 厚的纯铝和 0.8mm 厚的低碳钢板的 FSW 搭接接头性能所产生的影响进行了研究,发现较小的压入深度能够明显提升接头的力学性能,然而接头强度与压入深度并非成正比关系。当压入深度增加到一定程度时,接头中的缺陷数量会增多,且金属间化合物(IMC)厚度增大,进而致使接头力学性能下降。

搅拌摩擦焊的原理及优缺点有哪些2.jpg


通常情况下,在一定范围内适度提高主轴旋转速度或者降低焊接速度,能够增加接头的热输入量,有益于焊缝金属出现塑性流动现象,从而可以获得成形良好且性能优良的接头。不过,当热输入量过大,以至于接近熔点较低的材料的熔点时,会致使焊缝金属过度软化而无法有效流动,以至于难以形成良好的接头。此外,热输入量的显著增加会导致铝/钢 IMC 层厚度明显增大,对接头的力学性能产生影响。但是,当接头热输入量过低时,搅拌针周围的高熔点材料无法充分软化,较软材料也不能与其充分混合,此时,接头可能会出现孔洞和吻接等缺陷。铝/钢异质金属 FSW 部分工艺参数见表 4.2。相较于对接接头,搭接接头的工艺参数范围选择更为宽泛。在进行 FSW 时,被焊试件厚度的增加会使焊接工艺参数的有效选择范围变窄。

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