3-29  5A06铝合金薄板搅拌摩擦焊工艺

邓升斌  狄  欧  何建国  郭  鹏

5A06铝合金在工业上广泛应用，但一般熔化焊接方法很难避免铝合金焊接气孔的产生，从而影响焊缝质量。而近年出现的搅拌摩擦焊是一种固态连接，与传统的方法相比具有其独特的优点，能解决铝合金焊接出现的气孔、夹渣等焊接缺陷问题。

试验选用5A06铝合金，试验设备用现有机床改造的搅拌摩擦焊机，自行设计搅拌头。被焊材料为100 mm´60 mm´2 mm的5A06铝合金薄板，接头形式为Ⅱ型，搅拌头旋转速度分别为1 600 r/min，2 000 r/min；

焊接速度从80 mm/min逐渐增大到650 mm/min；搅拌头压入深度分别为0.05，0.10，0.15 mm。

在实验中发现，焊接过程中速度过快，会导致被焊材料的塑性较差，不能使焊缝填满，形成隧道型缺陷；焊接压力过大，会出现严重的飞边、沟槽，如果压力较小，焊缝内部很容易产生孔洞、隧道型缺陷。焊缝X射线探伤后发现，当参数选择不当时，焊缝X底片上有一条黑线，剖开焊缝即能看见内部有孔洞、隧道型缺陷；而参数匹配较好的焊缝，X射线探伤后，无任何裂纹、夹杂、气孔等，从外观看焊缝光滑平整，焊后无余高，变形量较熔焊小很多。焊接接头经腐蚀后，从金相照片中可以看出焊缝区域为焊接时搅拌头所处的位置——焊合区，由于焊合区金属发生强烈的塑性变形和流动，相互搅拌和混和，发生动态回复和再结晶等物理、力学冶金过程，从金相照片中明显看到焊合区晶粒比母材晶粒细小。焊合区的两侧为热力影响区，热力影响区是搅拌摩擦焊接过程中在热与力的共同作用下，母材组织与性能发生变化的区域。在焊接过程中所受的热循环及应力应变决定了该区在焊后的组织与性能。在动态回复区，仅发生动态回复,与母材晶粒相差不大。通过对焊缝弯曲试验表明，5A06铝合金搅拌摩擦焊焊缝弯曲到180°而仍未发现裂纹。从8组拉伸试验结果看，抗拉强度可达到接头强度的80%以上，另外还发现焊接速度与焊缝的抗拉强度之间存在一定的关系，焊接速度从100 mm/min开始递增，抗拉强度也成递增趋势；当速度为160 mm/min时，抗拉强度最大；速度继续增加时，抗拉强度开始下降，速度与抗拉强度成抛物线趋势。观察断裂的断口，发现断于焊缝的接头较齐，并且断口形貌明显分为两层，上层与搅拌头轴肩接触的金属断裂属于塑性断裂断口，下层属于脆性断裂。

5A06具有较好的搅拌摩擦焊性能，用搅拌摩擦焊实现了2 mm厚的5A06铝合金板的固相焊接，压入板面深度在0.05~0.10 mm时，焊缝外观成型美观，焊缝内部几乎没有缺陷。当速度为160 mm/min 时，抗拉强度最大，焊缝区经过动态再结晶，晶粒被细化。用搅拌摩擦焊焊接的铝合金焊缝力学性能较好，能达到母材的80%以上，焊接速度与焊缝抗拉强度成抛物线趋势，焊缝能实现0°~180°任意弯曲，而不会产生裂纹。