汽車鈑金的攪拌摩擦焊接組織與性能分析

宛 銅

（河南交通技師學(xué)院，河南 駐馬店 463000）

當(dāng)前社會(huì)發(fā)展迅速，現(xiàn)代工業(yè)制造有了較大發(fā)展。汽車工業(yè)已經(jīng)逐漸成為我國國民經(jīng)濟(jì)重要的支柱產(chǎn)業(yè)。汽車鈑金是重要的汽車修理手段，因此它的焊接技術(shù)和接頭性能比較重要。當(dāng)前的鈑金屬性多為有色金屬和黑色金屬，常見的焊接工藝主要以激光焊接為主，這種工藝有兩點(diǎn)不足。其一，焊縫凝固速度過快，極有可能發(fā)生脆化或氣孔的現(xiàn)象發(fā)生；其二，針對導(dǎo)熱性較高、反射性較強(qiáng)的材料，一旦在鈑金中使用大量鋁合金，焊接效果很難達(dá)到預(yù)定的狀態(tài)。本文針對當(dāng)前存在的問題，開展了針對性的實(shí)驗(yàn)，意在探索出實(shí)用價(jià)值較高的汽車鈑金固相焊接工藝。

1 研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)90年代初英國焊接技術(shù)研究所發(fā)明了新型的固相焊接技術(shù)——攪拌摩擦焊接，該項(xiàng)工藝一經(jīng)問世便得到了廣泛的運(yùn)用［1］。隨著當(dāng)前時(shí)代的不斷進(jìn)步，制造業(yè)應(yīng)將連接工藝應(yīng)用于汽車鈑金之中，以便提升生產(chǎn)效率。

2 實(shí)驗(yàn)方法、材料

2.1 材料

實(shí)驗(yàn)的主要材料是304不銹鋼黑色金屬鈑金、6061鋁合金鈑金，并將其作為被焊母材，材料中的鈑金厚度在2mm之間。通過EDX1800C型X射線熒光光譜測試鈑金內(nèi)的化學(xué)成分，測試結(jié)果見表1、表2，表3表示其室溫力學(xué)性能。

表1 304不銹鋼汽車鈑金的化學(xué)成分

表2 6061鋁合金鋼汽車鈑金的化學(xué)成分

表3 汽車鈑金的溫室力學(xué)性能

2.2 方法

使用自制攪拌摩擦焊機(jī)，利用單面對接的方法將有色金屬和黑色金屬逐一開展實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的攪拌頭是由高溫合金支撐，并帶有1.85mm的攪拌針帶螺紋；軸肩直徑應(yīng)選用直徑為8mm的內(nèi)凹型。實(shí)驗(yàn)使用攪拌新型工藝獲得汽車鈑金桿接頭，隨后使用GX20型顯微鏡仔細(xì)觀察顯微組織。式樣力學(xué)性能測試使用的是HY-932的可拉伸試驗(yàn)機(jī)，拉伸式樣的平行長段是57mm，其總長為120mm，且圓弧的半徑為17mm，應(yīng)運(yùn)用EVO18型掃描電鏡持續(xù)檢查拉伸端口；需采用V型缺口深度為1mm進(jìn)行沖擊式樣。在HG25型鹽酸試驗(yàn)機(jī)中，測試耐腐蝕性能需嚴(yán)格按照我國《人造氣氛腐蝕試驗(yàn)鹽酸實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》開展中性霧腐蝕試驗(yàn)，同時(shí)將溫度定格到35℃，溶液為氯化鈉水溶液，其濃度范圍在50～55左右、溶液酸堿度指數(shù)在6.43～0.27之間，腐蝕時(shí)間為87h［2］。

3 結(jié)果及討論

3.1 顯微組織

經(jīng)實(shí)驗(yàn)過程對比，接頭焊線區(qū)顯微組織能夠得到顯著細(xì)化，并通過微小的等軸晶組織體現(xiàn)出，發(fā)生這種情況的原因是在固相焊接接觸的過程中，晶粒不僅受到了高溫作用，還承受力激烈的攪拌作用，從而出現(xiàn)明顯的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。

3.2 力學(xué)性能

有色金屬和黑色金屬的力學(xué)性能見表4，不難看出新型固相焊接頭的抗拉強(qiáng)度高達(dá)423MPa，接頭系數(shù)高達(dá)80%，接頭沖擊吸收功也由42J提升到51J，和6061相比較，此接頭抗拉強(qiáng)度為259MPa，接頭系數(shù)也有91%，吸收功從44J增長到59J［3］。不難看出，兩種金屬的室溫拉伸端口都比較多，體現(xiàn)出明顯塑性斷裂的特征。因此，運(yùn)用新型固相焊接工藝可以實(shí)現(xiàn)有色、無色金屬鈑金焊接品質(zhì)高的目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明該種工藝可以在實(shí)際制造中運(yùn)用。

表4 有色金屬和黑色金屬的力學(xué)性能

3.3 疲勞性能

304和6061均使用新型固相焊接工藝獲得品質(zhì)相同的攪拌摩擦焊接頭，數(shù)據(jù)對比詳見圖1。由圖1可知，與304對比，新型固相焊接接頭的疲勞壽命減緩嚴(yán)重，減少了4810次，疲勞性已經(jīng)達(dá)到了母材的3／4。和6061對比，也減少了1537次，疲勞性達(dá)到了母材的94%［4］。由此可知，這種工藝能夠提高304和6061焊接品質(zhì)，且接頭具備良好的疲勞性能。

3.4 耐腐蝕性能

此項(xiàng)測試中，二者的接頭單位面積失重對比母材有所增加，具體數(shù)據(jù)詳見圖2式樣單位面積失重測試結(jié)果，但是前后幅度并不大［5］。304在96h中性鹽霧腐蝕后，單位面積失重對比母材的15.843mg／mm3增長到了17.204mg／mm3，增加了8.6%，6061增加了5.2%，由此可見抗蝕性效果良好。

圖1 接頭疲勞性能測試結(jié)果

4 結(jié)束語

本文從耐腐蝕性能、顯微組織、疲勞性能、力學(xué)性能角度開展試驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，摩擦攪拌焊接的科學(xué)連接工藝擁有較強(qiáng)的性能和實(shí)用性。