控冷工艺对6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊接头成形的影响
发布时间：2022-01-24 10:13
采用内含冷却介质通路的铜压板作为激冷源,放置在焊缝上表面两侧,进行3 mm厚6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊工艺研究。试验结果表明,焊接工艺显著影响接头成形。在合适工艺参数下,采用控冷工艺可显著改善接头成形。与常规工艺接头相比,控冷接头焊缝表面飞边明显减小且弧纹清晰;焊核区相对较小且沿板厚方向轴肩作用区明显变窄。当热输入过小时,焊接接头存在空洞缺陷。接头成形差异与材料流动行为密切相关。
【文章来源】：热加工工艺. 2020,49(19)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
控冷搅拌摩擦焊工艺示意图
图2为1600 r/min、600 mm/min焊接工艺参数下不同冷却工艺焊接接头的宏观形貌。两种工艺接头表面均不存在沟槽等缺陷，但图2(a）中常规接头的焊缝边缘存在较大飞边。与之相比，控冷工艺焊缝前进侧的边缘光滑无飞边，后退侧飞边较小且呈毛絮状，如图2(b）所示。众所周知，飞边的形成与FSW过程中材料流动行为密切相关。焊缝材料由于焊接热输入发生塑化，在顶锻力的作用下被挤出焊缝，并在轴肩带动下由前进侧转移到后退侧最终形成飞边[9]。与常规工艺相比，控冷工艺热输入较小，焊缝内材料塑化程度较小，因此在顶锻力作用下被挤出焊缝的材料减少，从而形成细小的飞边。一般而言，大的飞边意味着较多材料被挤出焊核（stirzone,SZ），接头内部由于材料不足易产生空洞、隧道等缺陷[1]。此外，与图2(a）相比，图2(b）中控冷焊缝表面的弧纹更加清晰且无毛刺黏连。综上，合适焊接工艺参数下控冷工艺有助于改善铝合金FSW接头宏观成形。2.2 横截面形貌
常规及控冷接头的SZ尺寸存在明显差异。首先，与常规接头相比，控冷接头轴肩作用区沿板厚方向明显变窄。这主要是由于放置在焊缝两侧的铜压板在焊接过程中吸收了轴肩产生的摩擦热，轴肩下方发生塑化的材料减少，使得轴肩作用区沿板厚方向变窄。这在一定程度上改善了接头质量沿板厚方向的不均匀性。其次，由于轴肩作用区变窄，控冷接头搅拌针作用区沿板厚方向明显增大；在垂直于焊缝方向，控冷接头底部的搅拌针作用区宽度相较于常规接头明显变窄。FSW过程中，带有右旋螺纹的搅拌针逆时针旋转，轴肩作用区发生塑化的材料在搅拌针的带动下向下流动并在针端释放[10]；控冷条件下轴肩作用区的塑化材料减少，且相对较小的热输入在一定程度上减慢了材料的流动速率，从而在针端释放的材料减少，且其对SZ周围材料的推力变小。因此，控冷接头底部的搅拌针作用区呈现图3(b）所示形貌。在低热输入条件（800r/min、200mm/min）下，控冷接头前进侧的搅拌针作用区存在空洞缺陷，如图4所示。由于热输入过小，SZ内材料流动速率减小，搅拌针尖端释放的材料不足以填充前进的搅拌针后方所留下的空腔，最终形成了空洞缺陷。因此，过低的热输入不利于铝合金FSW接头的成形。
【参考文献】：
期刊论文
[1]6005A-T6铝合金型材搅拌摩擦焊工艺参数优化[J]. 郁志凯,刘春宁,钮旭晶,范东宇. 电焊机. 2018(03)
[2]6061铝合金搅拌摩擦焊微观组织分析[J]. 贾阳,王克鸿,杨立,王秀娟. 热加工工艺. 2015(21)
[3]Effect of Temperature on Material Transfer Behavior at Different Stages of Friction Stir Welded 7075-T6 Aluminum Alloy[J]. S.D.Ji,Y.Y.Jin,Y.M.Yue,S.S.Gao,Y.X.Huang,L.Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2013(10)
[4]焊接工艺参数对2024铝合金搅拌摩擦焊过程中材料塑性流动行为的影响[J]. 张利国,姬书得,姜秀萍,金延野,李亮,许萌. 热加工工艺. 2012(11)
[5]6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能特征[J]. 董鹏,孙大千,李洪梅,宫文彪,刘杰. 材料工程. 2012(04)
[6]热量自适应搅拌摩擦焊热源模型[J]. 李红克,史清宇,赵海燕,李亭. 焊接学报. 2006(11)
本文编号：3606390
【文章来源】：热加工工艺. 2020,49(19)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
控冷搅拌摩擦焊工艺示意图
图2为1600 r/min、600 mm/min焊接工艺参数下不同冷却工艺焊接接头的宏观形貌。两种工艺接头表面均不存在沟槽等缺陷，但图2(a）中常规接头的焊缝边缘存在较大飞边。与之相比，控冷工艺焊缝前进侧的边缘光滑无飞边，后退侧飞边较小且呈毛絮状，如图2(b）所示。众所周知，飞边的形成与FSW过程中材料流动行为密切相关。焊缝材料由于焊接热输入发生塑化，在顶锻力的作用下被挤出焊缝，并在轴肩带动下由前进侧转移到后退侧最终形成飞边[9]。与常规工艺相比，控冷工艺热输入较小，焊缝内材料塑化程度较小，因此在顶锻力作用下被挤出焊缝的材料减少，从而形成细小的飞边。一般而言，大的飞边意味着较多材料被挤出焊核（stirzone,SZ），接头内部由于材料不足易产生空洞、隧道等缺陷[1]。此外，与图2(a）相比，图2(b）中控冷焊缝表面的弧纹更加清晰且无毛刺黏连。综上，合适焊接工艺参数下控冷工艺有助于改善铝合金FSW接头宏观成形。2.2 横截面形貌
常规及控冷接头的SZ尺寸存在明显差异。首先，与常规接头相比，控冷接头轴肩作用区沿板厚方向明显变窄。这主要是由于放置在焊缝两侧的铜压板在焊接过程中吸收了轴肩产生的摩擦热，轴肩下方发生塑化的材料减少，使得轴肩作用区沿板厚方向变窄。这在一定程度上改善了接头质量沿板厚方向的不均匀性。其次，由于轴肩作用区变窄，控冷接头搅拌针作用区沿板厚方向明显增大；在垂直于焊缝方向，控冷接头底部的搅拌针作用区宽度相较于常规接头明显变窄。FSW过程中，带有右旋螺纹的搅拌针逆时针旋转，轴肩作用区发生塑化的材料在搅拌针的带动下向下流动并在针端释放[10]；控冷条件下轴肩作用区的塑化材料减少，且相对较小的热输入在一定程度上减慢了材料的流动速率，从而在针端释放的材料减少，且其对SZ周围材料的推力变小。因此，控冷接头底部的搅拌针作用区呈现图3(b）所示形貌。在低热输入条件（800r/min、200mm/min）下，控冷接头前进侧的搅拌针作用区存在空洞缺陷，如图4所示。由于热输入过小，SZ内材料流动速率减小，搅拌针尖端释放的材料不足以填充前进的搅拌针后方所留下的空腔，最终形成了空洞缺陷。因此，过低的热输入不利于铝合金FSW接头的成形。
【参考文献】：
期刊论文
[1]6005A-T6铝合金型材搅拌摩擦焊工艺参数优化[J]. 郁志凯,刘春宁,钮旭晶,范东宇. 电焊机. 2018(03)
[2]6061铝合金搅拌摩擦焊微观组织分析[J]. 贾阳,王克鸿,杨立,王秀娟. 热加工工艺. 2015(21)
[3]Effect of Temperature on Material Transfer Behavior at Different Stages of Friction Stir Welded 7075-T6 Aluminum Alloy[J]. S.D.Ji,Y.Y.Jin,Y.M.Yue,S.S.Gao,Y.X.Huang,L.Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2013(10)
[4]焊接工艺参数对2024铝合金搅拌摩擦焊过程中材料塑性流动行为的影响[J]. 张利国,姬书得,姜秀萍,金延野,李亮,许萌. 热加工工艺. 2012(11)
[5]6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能特征[J]. 董鹏,孙大千,李洪梅,宫文彪,刘杰. 材料工程. 2012(04)
[6]热量自适应搅拌摩擦焊热源模型[J]. 李红克,史清宇,赵海燕,李亭. 焊接学报. 2006(11)
本文编号：3606390
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