2A70铝合金厚板搅拌摩擦焊接工艺的研究

【摘要】： 随着型号产品武器系统向大射程、高马赫数、高机动性、大型化、轻质化和快速化方向发展,要求不断采用新型材料和先进的制造技术来满足日益增长的市场需求。搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,简称FSW)是一种新型固相连接技术,具有诸如焊接变形小、固相连接、节能、无裂纹和气孔等缺陷等优点,在航空航天、造船、交通运输等部门获得大规模应用。本文针对20mm厚的2A70铝合金板材,从搅拌头设计,焊接工艺参数优化等角度,对FSW的焊接工艺及缺陷进行分析和研究。 设计了圆锥螺纹、三斜槽螺纹及三棱锥螺纹三种结构搅拌头,并进行了焊缝表观成形、接头内部焊接质量及力学性能等相关焊接实验。实验结果表明:使用三斜槽螺纹搅拌头的焊缝表观成形、接头内部质量控制及力学性能均相对较好,因此将三斜槽螺纹搅拌头作为后续研究的搅拌头。 田口试验分析结果表明:影响焊接接头抗拉强度的显著性水平分别为焊接速度、搅拌头旋转速度和搅拌头倾角。其中焊接速度影响最大,其次为搅拌头旋转速度。通过不同参数下对接焊接试件的焊缝表观成形、接头内部质量及力学性能的研究,在转速为300rpm,焊速为110mm/min,搅拌头的倾角设定为3°,压入深度为0.5mm时,接头的力学性能最高,此时焊缝接头强度系数可稳定达到86.7%。 分析了焊缝近表面分层、表面沟槽、未焊透、裂纹、隧道孔洞、夹杂、包铝层及弱结合等缺陷产生的机理,并提出针对性的控制措施,从而达到减少焊接缺陷,提高铝合金搅拌摩擦焊接质量的目的。