7050鋁合金攪拌摩擦焊接頭特性研究

鄒玉亮，徐麗娜，朱葉，劉瑋

（航空工業(yè)股份有限公司漢中飛機分公司，陜西漢中723000）

7050鋁合金攪拌摩擦焊接頭特性研究

鄒玉亮，徐麗娜，朱葉，劉瑋

（航空工業(yè)股份有限公司漢中飛機分公司，陜西漢中723000）

鋁合金熔點相對較低，無法進行熔化焊，目前對于鋁合金的連接，工程中大多采用緊固件連接的方式。對6 mm厚鋁合金7050-T7451進行了攪拌摩擦焊接并對焊接件進行了力學特性試驗，試驗結(jié)果表明，當焊接參數(shù)為轉(zhuǎn)速為800 r/min，焊接速度為100 mm/min，下壓量為0.25 mm時，斷裂發(fā)生在前進側(cè)熱機影響區(qū)/熱影響區(qū)的過渡區(qū)，試驗件力學性能優(yōu)異，其強度極限[σ]為480 MPa，可達到母材強度極限的91.26%.

攪拌摩擦焊；7050-T7451；鋁合金；顯微硬度

本文采用攪拌摩擦焊[1]的方式對航空制造領(lǐng)域比較常用的6 mm厚超高強鋁合金7050-T7451進行焊接，并對焊接件的相關(guān)特性進行了力學試驗。

1 試驗參數(shù)

試驗材料選用6 mm厚的7050-T7451鋁合金。焊接工藝參數(shù)為：旋轉(zhuǎn)速度800 r/min，焊接速度100 mm/min，軸肩直徑20 mm，攪拌針根部直徑8 mm。

2 試驗結(jié)果

2.1 金相試驗

焊接件接頭的微觀組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1（a）為焊核區(qū)，表現(xiàn)為細小的等軸晶結(jié)構(gòu)。從圖1（b）中可明顯看出，晶粒被拉長并發(fā)生了變形和扭曲，這是由于焊接時鋁合金受到攪拌頭的擠壓和攪拌而引起的。圖1（c）為熱影響區(qū)，熱影響區(qū)的晶粒比母材區(qū)的晶粒粗大。這是因為該區(qū)域內(nèi)的晶粒雖然未受到攪拌頭的攪拌作用，但是由于在焊接過程中攪拌頭與鋁合金的攪拌磨擦作用，該區(qū)域內(nèi)的晶粒受到了熱循環(huán)的作用導致。圖1（d）為母材區(qū)，呈現(xiàn)出細小的亞晶及沿板材軋制方向拉長的晶粒。

圖2 接頭的顯微硬度

圖3 焊接件靜力學應力—應變曲線

2.2 硬度試驗

7050-T7451鋁合金攪拌摩擦焊焊接件硬度如圖2所示，硬度試驗測量了3處的硬度值，3處位置分別對應焊接件接頭的上、中、下2個部位。由圖2可以看出，焊接件接頭處上、中、下3個部位的硬度大體上可看作時“W”型分布，即3個區(qū)域的硬度均為由高—低—高—低—高。同時，由圖2可發(fā)現(xiàn)，焊接件接頭處上、中、下3個部位的硬度雖然相近但并不完全相等，焊核區(qū)的硬度基本上高于其他區(qū)域的硬度。這是因為在焊接過程中，鋁合金受到攪拌頭的攪拌作用及引攪拌作用引起的熱循環(huán)作用，致使該區(qū)域內(nèi)的晶粒被充分細化并形成了分布均勻、致密的組織結(jié)構(gòu)形式[2]。

2.3 靜力試驗

7050-T7451鋁合金攪拌摩擦焊接頭靜力學拉伸試驗的結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，焊接件的強度極限為470 MPa，斷后延長率為7%，屈服極限為129.87 MPa。其強度極限可達7050-T7451鋁合金母材強度極限的91.62%.

3 結(jié)論

當焊接參數(shù)為攪拌頭轉(zhuǎn)速為800 r/min，焊接速度為100 mm/min，下壓量為0.25 mm時，采用攪拌摩擦焊的方法可以對6 mm厚的7050-T7451鋁合金薄板進行成功的焊接。其焊接效果十分理想，強度極限可達到470 MPa，可達到母材強度極限的91.26%.焊接件在焊核區(qū)域出現(xiàn)了動態(tài)再結(jié)晶和沉淀相的溶解，形成了極細小的等軸晶結(jié)構(gòu)；焊接件在熱機影響區(qū)和熱影響區(qū)因受到了攪拌頭的攪拌作用和熱循環(huán)的作用，在該區(qū)域的晶粒出現(xiàn)了扭曲和變形。焊接件接頭處最大硬度為199.15 HV，位于焊核區(qū)域的中間部位；最小值出現(xiàn)在熱機影響區(qū)/熱影響區(qū)的過度區(qū)域；焊接件硬度的總體分布呈現(xiàn)出“W”型分布，即高—低—高—低—高的分布。

［1］嚴鏗，蔣成禹，李敬勇，等.先進的攪拌摩擦焊［J］.輕合金加工技術(shù)，2003（11）：37-40．

［2］李寶華，柯黎明，邢麗，等.攪拌針形狀對焊縫厚度方向塑性金屬遷移的影響［J］.金屬鑄鍛焊技術(shù)，2008（1）：38-41.

程師，強度設(shè)計方向。

〔編輯：劉曉芳〕

TG407

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.18.056

2095－6835（2017）18－0056－03

鄒玉亮（1984—），男，山東龍口人，碩士，工