基于超声搅拌摩擦焊的铝合金接头性能研究

《高强铝合金搅拌摩擦焊接机理及接头性能调控》篇一一、引言高强铝合金因具有轻质、高强、耐腐蚀等特性，广泛应用于航空、汽车、轨道交通等重要领域。

然而，高强铝合金的连接工艺一直是制约其应用的关键问题之一。

搅拌摩擦焊接（Friction Stir Welding, FSW）作为一种固相连接技术，因其独特的焊接原理和优良的焊接性能，在高强铝合金的连接中得到了广泛应用。

本文将详细探讨高强铝合金搅拌摩擦焊接的机理及接头性能调控。

二、高强铝合金搅拌摩擦焊接机理搅拌摩擦焊接是一种通过摩擦热和机械搅拌作用实现固相连接的工艺。

其基本原理是通过旋转的搅拌针与工件间的摩擦热，使材料局部熔化或塑性化，然后通过搅拌针的旋转和移动，将材料混合并连接在一起。

在高强铝合金的搅拌摩擦焊接过程中，主要包括以下几个阶段：1. 初始阶段：搅拌头插入待焊工件，产生强烈的摩擦热，使局部材料发生塑性变形。

2. 塑化阶段：随着摩擦热的进一步作用，材料逐渐进入完全塑性化状态，搅拌针开始旋转和移动。

3. 焊接阶段：在搅拌针的机械搅拌作用下，材料充分混合并连接在一起。

4. 冷却阶段：焊接完成后，工件自然冷却，形成牢固的焊接接头。

三、接头性能调控接头性能是评价搅拌摩擦焊接质量的重要指标。

影响接头性能的因素有很多，包括焊接速度、搅拌头类型、搅拌针深度等。

通过调控这些因素，可以有效改善接头性能。

1. 焊接速度调控：焊接速度直接影响焊接接头的热输入和冷却速度。

适当的降低焊接速度可以增加热输入，使材料充分熔化和混合，从而提高接头的力学性能。

然而，过高的热输入可能导致晶粒粗大，降低接头的韧性。

因此，需要合理控制焊接速度，以获得良好的接头性能。

2. 搅拌头类型选择：搅拌头的形状和尺寸对焊接过程和接头性能具有重要影响。

不同形状的搅拌头可以产生不同的摩擦热和机械搅拌效果。

选择合适的搅拌头类型可以优化焊接过程，提高接头的力学性能。

3. 搅拌针深度调控：搅拌针深度直接影响材料的塑化程度和混合效果。

!!：三堇量堑型∑—————————————————型鲨垒—墅垒丝些鬯竺坠文章编号：1002-025X(2013)04-0038-035A02铝合金搅拌摩擦焊焊接接头性能试验吴兴欢．谢振中(湖南化工职业技术学院机械工程系，湖南株洲412004)摘要：5A02铝舍金在一定的工艺参数下，以转速为800r／r ai n和焊速120r am／r ai n进行搅拌摩擦焊接，经试验测得接头的抗拉强度最高达到母材强度的91．21％．焊缝中无任何焊接缺陷，焊接接头完全能满足产品的技术要求。

关键词：5A02铝合金；搅拌摩擦焊；接头；力学性能中图分类号：T G453．9文献标志码：B0前言5A02铝合金是A l—M g系合金中应用较广的防锈铝，这种铝合金的抗拉强度较高，疲劳强度好，但不能进行热处理强化；在退火状态下有很高的塑性，耐腐蚀好，焊接性优良，可抛光，但可切削性能不良。

铝合金采用熔化焊时，焊缝中经常会产生气孔、裂纹、咬边等缺陷，特别是采用氩弧焊时有形成结晶裂纹的倾向．严重阻碍了5A02铝合金在工业中的应用。

搅拌摩擦焊(F SW)以其高效、节能、焊缝缺陷产生率低以及焊接变形小等优点，已广泛用于多种铝合金的焊接，但是该方法在5X X X系列铝合金中的应用还相对有限。

以转速为800r／m i n和焊速120m m／m i n，利用搅拌摩擦焊接方法对5A02铝合金进行焊接试验．通过研究其焊接工艺参数对焊接接头力学性能的影响．为5A02铝合金搅拌摩擦焊接的实际应用奠定基础。

l试验过程1．1试验材料本次试验采用4块H24状态的5A02铝合金试板，试板尺寸为300m m xl50m m×8m m，其化学成分见表1，主要力学性能见表2。

收稿日期：2012—06—25基金项目：湖南省科技厅成果转化与计划推广项目(2011C K3056)表l5A02铝台金化学成分表(质量分数J(％Si Fe C u M n M g C r Z n0．250．4O．1O．12．2～2．80．15一035O．1表25A02铝合金力学性能表l抗拉强度，M Pa晶粒度断后伸长率A(％)表面质量238I级>7合格1．2试件准备试板加工后．各将2块试板进行平板对接组对为2副试件，编号为01和02，组对间隙0～0．05 m m．对口错边量0～0．05m m。

文章编号：2095-6835（2023）14-0129-05薄铝板搅拌摩擦焊的超声TOFD 检测研究奚之飞，汪荣华（国营芜湖机械厂，安徽芜湖241007）摘要：搅拌摩擦焊在铝合金上的应用极大地拓宽了铝合金在工业生产生活中的使用范围。

特种焊接构件容易产生与检测面垂直的缺陷，因此，采用TOFD （Time of Flight Diffraction ，衍射时差）技术，选用不同频率探头和不同角度楔块优化组合对试样进行超声TOFD 检测及其D 扫描成像。

研究结果表明，选取合适参数的超声TOFD 检测技术可以应用于厚度10mm 以下的薄铝板搅拌摩擦焊焊缝检测。

D 扫描成像结果显示也能得到和A 型超声TOFD 检测一致的结果。

关键词：薄铝板；搅拌摩擦焊；超声TOFD 检测；D 扫描成像中图分类号：TG441文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2023.14.039搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding ，FSW ）是一种新型的固相焊接技术[1]。

FSW 焊接的优点为无污染、效率高、质量好等，其在工业生产中的应用变得越来越广泛，随之而来的是对焊缝检测要求的提高。

超声TOFD 检测技术在薄板上检测的例子并不多见，主要是板的厚度太薄，检测信号波形易重叠，不利于分辨直通波、衍射波和底波。

本文尝试着将TOFD 检测技术应用于薄铝板的搅拌摩擦焊焊缝检测，通过优化探头参数、对比得到的实验图像和计算结果，找到探头斜楔和频率的最佳组合，以此来指导生产工作。

通过TOFD 的D 扫描成像近一步研究验证最优探头组合对缺陷的检出效果。

1超声TOFD 检测原理TOFD 检测使用一组纵波斜探头，发射探头T 和接收探头R ，如图1所示，从图中可以看出，直通波和底面反射波到达时间可以成为检测时识别缺陷波的一个依据[2]。

图1TOFD 检测原理示意图TOFD 技术是依据信号回波的时间差值来确定缺陷的尺寸、高度和深度的[3]。