鋁合金的攪拌摩擦焊接

攪拌摩擦焊FSW是由英國焊接研究所TWI  1991 年提出的新的固態(tài)塑性連接工藝。圖1為攪拌摩擦焊接示意圖[3 ] 。其工作原理是用一種特殊形式的攪拌頭插入工件待焊部位,通過(guò)攪拌頭高速旋轉與工件間的攪拌摩擦,摩擦產(chǎn)生熱使該部位金屬處于熱塑性狀態(tài),并在攪拌頭的壓力作用下從其前端向后部塑性流動(dòng),從而使焊件壓焊在一起。圖2 為攪拌摩擦焊接過(guò)程[4 ] 。由于攪拌摩擦焊過(guò)程中不存在金屬的熔化,是一種固態(tài)連接過(guò)程,故焊接時(shí)不存在熔焊的各種缺陷,可以焊接用熔焊方法難以焊接的有色金屬材料,如鋁及高強鋁合金、銅合金、鈦合金以及異種材料、復合材料焊接等。目前攪拌摩擦焊在鋁合金的焊接方面研究應用較多。已經(jīng)成功地進(jìn)行了攪拌摩擦焊接的鋁合金包括2000 系列(Al- Cu) 、5000 系列(Al - Mg) 、6000 系列(Al - Mg - Si) 、7000 系列(Al - Zn) 、8000 系列(Al - Li) 等。國外已經(jīng).進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)階段,在挪威已經(jīng)應用此技術(shù)焊接快艇上長(cháng)為20 m 的結構件,美國洛克希德·馬丁航空航天公司用該項技術(shù)焊接了鋁合金儲存液氧的低溫容器火箭結構件。

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鋁在空氣中及焊接時(shí)極易氧化，生成的氧化鋁（Al2O3）熔點(diǎn)高、非常穩定，不易去除。阻礙母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夾渣、未熔合、未焊透等缺欠。鋁材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊縫產(chǎn)生氣孔。焊接前應采用化學(xué)或機械方法進(jìn)行嚴格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接過(guò)程加強保護，防止其氧化。鎢極弧焊時(shí)，選用交流電源，通過(guò)“陰極清理”作用，去除氧化膜。氣焊時(shí)，采用去除氧化膜的焊劑。在厚板焊接時(shí)，可加大焊接熱量，例如，氦弧熱量大，利用

氦氣或氦混合氣體保護， 采用大規范的熔化極氣體保護焊，在直流正接 下，可不需要“陰極清理”。

鋁及鋁合金的線(xiàn)膨脹系數約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍。鋁凝固時(shí)的體積收縮率較大，焊件的變形和應力較大，因此，需采取預防焊接變形的措施。鋁焊接熔池凝固時(shí)

產(chǎn)生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內應力。生產(chǎn)中可采用 焊絲成分與焊接工藝的措施防止熱裂紋的產(chǎn)生。在耐蝕性允許的 下，可采用鋁硅合金焊絲焊接除鋁鎂合金之外的鋁合金。在鋁硅合金中含硅0.5%時(shí)熱裂傾向較大，隨著(zhù)硅含量增加，合金結晶溫度范圍變小，流動(dòng)性顯著(zhù)提高，收縮率下降，熱裂傾向也相應減小。根據生產(chǎn)經(jīng)驗，當含硅5%~6%時(shí)可不產(chǎn)生熱裂，因而采用SAlSi條（硅含量4.5%~6%)焊絲會(huì )有更好的抗裂性。