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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未合金化的純鋁是一種軟而有韌性的金屬，因此在大多數結構應用中強度不足。銅(Cu)、錳(Mn)、硅(Si)、鎂(Mg)和鋅(Zn)等元素是添加到純鋁中的主要合金元素，這些合金的加入能夠顯著(zhù)地提高鋁合金的綜合力學(xué)性能鋁合金與鋼合金之間存在著(zhù)顯著(zhù)的差異，需要在設計過(guò)程中加以識別和考慮。其中包括：有些鋁合金是可熱處理強化，有些則不是，而對于鋼來(lái)說(shuō)，幾乎所有的鋼都是可熱處理的。一部分鋁合金不能使用典型的焊接方法進(jìn)行焊接，如熔化極氣保護焊和鎢極弧焊，但是對于鋼來(lái)說(shuō)，只要焊接時(shí)采取必要的預防措施，幾乎所有的鋼都可以使用熔化焊進(jìn)行焊接。鋁合金的焊接接頭，包括焊縫和熱影響區，其強度通常軟于母材，而在鋼的焊接接頭中，焊縫強度通常與母材相當。鋁合金的強度和延性在低溫下不會(huì )受到影響，因為隨著(zhù)溫度下降到極低水平，鋁合金的延性也會(huì )增加，但是鋼的脆性則會(huì )隨著(zhù)溫度的降低而顯著(zhù)增加。

以下四個(gè)方面是在鋁合金焊接時(shí)需要重點(diǎn)考慮的四個(gè)方面：1.應該采用什么工藝才能更好地焊接鋁及其合金?

隨著(zhù)鋁合金在更多行業(yè)的使用量日益增加，制造商需要斟酌及改進(jìn)這些材料的連接方法，并能夠實(shí)現在不影響生產(chǎn)率的前提下地提高產(chǎn)品質(zhì)量。

鎢極弧焊通常是可以提供高質(zhì)量焊縫的焊接方法。該方法使用非消耗性的鎢電極進(jìn)行集體金屬的熔化。根據母材和用途的不同，焊接時(shí)可以選擇添加焊接材料。使用鎢極弧焊盡心焊接時(shí)，焊接材料是獨立添加的，這樣就不會(huì )涉及到電弧作用下的熔滴過(guò)渡過(guò)程。不轉移任何金屬橫跨電弧。在焊接過(guò)程中采取適當的工藝并且在焊前進(jìn)行合理的清洗通常會(huì )獲得孔隙率較低的焊接接頭。鎢極弧焊還有熱輸入低、焊縫表面光滑美觀(guān)、無(wú)飛濺、低等特點(diǎn)。正是由于鎢極弧焊有這些優(yōu)勢，使得該方法在對焊接質(zhì)量要求極高的航空工業(yè)領(lǐng)域大受推崇。但是鎢極弧焊也有其自身的缺點(diǎn)，那就是其金屬熔覆效率較低，并且焊接速度較慢，難以適應的生產(chǎn)節奏。