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分享:旋转速度对6061-T6铝合金高速搅拌摩擦焊接头 组织与性能的影响

2022-09-07 15:41:02 

摘 要:在高焊接速度(3000mm·min-1)3mm 4mm 6061-T6金板进行搅拌摩擦焊,研究了(4000~6000r·min-1)能的影响结果表明:旋转速度越小越容易产生孔洞缺陷,过热氧化现象,增大旋转速度有利于接头区域再结晶形成致密组织,4mm 厚铝合金焊接接头的焊接缺陷较3mm 厚铝合金板;3mm 5000r· min-1旋转速度下的焊接接头质量最好,,265.82MPa,4.58%;4mm 6000r·min-1焊接接头质量最 ,,212.14 MPa,4.03%

关键词:搅拌摩擦焊;铝合金;旋转速度;拉伸性能

中图分类号:TG453.9 文献标志码:A 文章编号:1000-3738(2022)05-0053-05

0 引 言

6061- 有密度低T6度铝高合和金耐属腐于蚀6性系好变等形优铝点合,常金用,航空航 天汽 车轨 道 交 通 和 海 洋 工 程 等 领 [1]搅 拌 摩 擦 焊 (Friction Stir Welding, FSW)是由英国焊接研究所在 一种新型固态焊接技术,具有变1991小年裂发纹明少的力学性能高等优势,常用于铝合金的对接焊[2]然而,研究发现,不合理的工艺参数会导致焊接 热输入过大或过小,使得铝合金 FSW 焊接接 头存在不同程度的隧道缺陷孔洞缺陷和氧化 现象,最终导致焊接接头性能降低[3]焊接速 度和旋转速度是 FSW 技术的两个重要焊接参 ,两个参数选择不同会对搅拌头的摩擦生热热输入和材料流动产生影响[3-7]魏宝华等[8] 比较了不同 FSW 焊接速 度 和 旋 转 速 度 对 11 mm 2A70-T6能的影响,速度,晶 粒 尺 寸 逐 渐 减 小,当 旋 转 速 度 为 300r· min-1焊接速度为200mm·min-1时可得优 质的焊接接头赵亚[9]研究4 mm 6061-T6铝合金板 FSW 焊接接头的显微组织 和力学性能,发现焊核区形成了细小的等轴晶, 热影响 区 晶 粒 发 生 粗 化,当 焊 接 速 度 为 160 mm·min-1 时接头抗拉强度最 高韦 旭 等[10] 分析了5mm 5052铝合金板在不同FSW 艺参数下焊接后焊接区域的显微组织和性能, 发现焊接区域显微组织左右不对称,前进侧的 热机影响区与热影响区的分界线较为明显汉优等[11]6mm 6063FSW 对接试验,发现的分界线较为明显,当旋转速度为880r·min-1 和焊接速度为80mm·min-1,度最高目前,FSW 板焊接接头组织和性能的研究主要集中在低速 和较厚板的情况铝合金在焊接速度不高于3 000mm·min-1 下可以获得无缺陷 FSW 焊接接头[12-15]目前,对高速搅拌条件下铝合金薄 FSW 焊接接头组织与性能的研究较少;高速焊接FSW 效率,生产,者选3 mm 4 mm 6061-T6 铝 合 金 薄 板 进 行 了 FSW 对 接 试 ,研究了在(3000 mm·min-1) ,同 高 (4000,5000,6000r· min-1)FSW ,FSW 数及高速 FSW 的应用提供参考

1 试样制备与试验方法

试验材料选用6061-T6铝合金轧制板材, 400mm×150mm×3mm 400 mm×150mm×4mm,1用航天工程设备()擦焊设备对不同厚度规格的铝合金板分别进行 ,,长度 3.55 mm,12 mm,2.5°,沿,3000mm·min-1, 0.2 mm,4000,5 000,6000r·min-1使,


根据 GB/T26512008,采用电火花线切 于焊,50mmGB/T228.12010,DNS- 300KN 型万能试验机进行拉伸试验,5mm·min-1,3个试 ,60mm 处沿焊缝截30mm×30 mm 的 金 相 试 样,,200g·L-1氢氧化钠溶液腐蚀后,采用 BX53M型光学显微镜观察焊接接头的显微组织

2.1 焊接缺陷

由图1和图2可以看出:不同旋转速度下, 3mm 厚和4mm 厚铝合金板形貌 差 别 不 大,均 可 分 为 4 ,(BM )、热 影 响 区 (HAZ)(TMAZ)、(NZ);(响区)呈上下小,后退 (RS),右边为前进侧(AS)。


由图1可以看出:不同旋转速度下,接头组 织左右不对称,焊接区域的分界线较为明显,进侧均出现了S形曲线;当旋转速度为4000 r·min-1,前进侧的热影响区和热机影响区面 积较小,未能使搅拌区域足够受热,前进侧呈现 出受热不均匀现象,导致在前进侧存在较多微 小的孔 洞 缺 陷;当 旋 转 速 度 提 升 至 5000r· min-1,搅拌区域受热明显充分,前进侧的热 影响区和热机影响区面积明显增大,孔洞缺陷 减少,搅 拌 区 域 致 密 性 较 好;当 旋 转 速 度 为 6000r·min-1,后退侧,,局部过热效应出现了氧化现象在高焊接速度 (3000mm·min-1)条件下,旋转速度主要影响 焊接过程中接头区域的搅拌作用和摩擦生热情 ,旋转速度越大越有利于摩擦生热,旋转速度 的高低决定着焊接热输入的大小[7]过高的旋 转速度会导致产生过多的摩擦热,使材料塑化 较为严重,容易产生过热现象在焊接速度为 3000mm·min-15000r·min-1 的条件下,3 mm 的焊缝,铝合金板材之间能形成稳固的焊接


由图2可以看出:在不同旋转速度条件下, 4mm 厚铝合金板焊接接头均出现不同程度的 孔洞缺陷或氧化现象,前进侧均出现了S曲线;当旋转速度为4000r·min-1 ,存在多个大小不同的孔洞缺陷;5000r·min-1 ,,现部;旋转速度提高至6000r·min-1,的材塑化程度使材料流动得更加充分,,而前进侧的氧化面积则进一步增大,但焊核 区中形成了较为致密的组织结构4mm 厚铝 合金板在焊接速度为3000 mm·min-1旋转 6000r·min-1 为严,现较


:(3000 mm· min-1),,,,, 使得孔洞缺陷减少,而过高的旋转速度会产生 过多的摩擦热,使得接头前进侧出现氧化现象; 铝合金板厚度越大越不容易实现高速焊接,4 mm 厚铝合金板焊接接头的焊接缺陷明显较3 mm 厚铝合金板焊接接头严重。

3mm ,33:,;4000r·min-1 ,,由焊使致的;当旋转速度提升至5000r·min-1 ,,洞缺 陷减,,;6000r·min-1,热影 区和,影响区由于仅受热循环作用,晶粒较大,焊接区 域的组织未完全达到致密提高旋转速度可以 增加搅拌区域的受热面积,有利于接头区域发 生再结晶并形成致密组织,但是旋转速度过高 会使搅拌区域形成氧化组织,同时使搅拌区域 受热不均匀


2.2 拉伸性能

由图4 可 知:在 焊 接 速 度 为 3000 mm· min-1,旋转速度为4000,5000,6000r·min-1 条件下,3mm 厚铝合金板焊接接头的抗拉强 度分别为247.66,265.82,218.66 MPa,断后长率分别为4.32%,4.58%,3.91%;4mm 合金板焊 接 接 头 的 抗 拉 强 度 分 别 为 195.97, 176.49,212.14MPa,断 后 伸 长 率 分 别 为 3. 64%,4.58%,4.03%在高焊接速度条件下,3 mm 厚铝合金板焊接接头的4 mm 厚铝合金板焊接接头,度越大,越难实现满足焊接质量要求的高速焊 当焊接速度一定时,随着旋转速度的增加, 3mm 厚铝合金板焊接接头抗拉强度和断后伸 长率均呈先提高后降低的趋势当旋转速度为 4 000 r · min-1,拉伸 5000r·min-1,织更加致密,孔洞缺陷减少,而当 旋 转 速 度 进 一 步 增 加 至 6000r· min-1,均匀,,度的增加,4 mm 厚铝合金板焊接接头抗拉强 度和断后伸长率均呈先降低后提高的趋势旋转速度为4000r·min-1,接头多孔 洞 缺 陷,拉 伸 性 能 较 差5000r·min-1,接头未能形成致密组织,焊接区域同时存在严重的孔洞缺陷和氧化现 ,使得焊接接头拉伸性能进一步下降当旋 转速度进一步提高至6000r·min-1,接头中 没有严重的孔洞缺陷,拉伸性能得到提高

3

(1)3000mm·min-1度下,同高旋转速度(4000~6000r·min-1)3mm 厚和4mm 厚铝合金板搅拌摩擦焊接头S形曲线以及孔洞缺陷或氧化现象,4mm 铝合金板焊接接头的焊接缺陷明显较3mm 铝合金板焊接接头严重;旋转速度越小越容易 因受热不均匀和材料流动不充分而产生孔洞缺 ,,

(2)3000mm·min-1,3 mm ,5000r·min-1接接头质量最好,拉伸性能最佳,后伸长率分别为265.82MPa,4.58%;4mm 铝合金板拉伸性能随旋转速度增大而先降低后 ,6000r·min-1,能最,抗拉强伸长 率分别为212.14MPa,4.03%


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