7075-T6铝合金顶锻式摩擦塞焊接头组织及性能研究

采用顶锻式摩擦塞焊对4 mm厚的7075-T6铝合金进行焊接试验,研究了塞焊接头的显微组织、材料流动和硬度分布。结果表明,塞焊接头可分为母材区、热影响区、热力影响区、塞棒重结晶区、塞棒热力影响区。塞焊接头在截面水平方向上的硬度分布呈典型的W型,且硬度的最低值一般出现在热力影响区。增大进给速度能提高塞焊接头的硬度,并且能有效地减小铝板的热影响区域,从而得到较好的连接质量。     

不同条件对摩擦塞焊第一阶段摩擦扭矩的影响

为研究焊接转速、进给速度以及塞棒锥角等不同条件下对摩擦塞焊第一阶段摩擦扭矩的影响,建立了摩擦塞焊第一阶段摩擦扭矩数学模型,并以7075-T6铝合金为对象进行多组摩擦塞焊试验。结果表明:在塞棒锥角相同的条件下,第一阶段的峰值扭矩以及达到该峰值扭矩所需时间均受焊接进给速度、焊接转速的影响,并且随着焊接进给速度的增大,峰值扭矩也会相应增大,随着焊接转速的提高,峰值扭矩则会相应减小,而增大焊接进给速度和转速都相应的减少达到峰值扭矩所需时间;随着塞棒锥角的增大峰值扭矩之前的摩擦扭矩会增大,但并不会对峰值扭矩和达到峰值扭矩所需时间产生影响。     

7075-T6铝合金摩擦塞焊焊接区域温度场的数值模拟

以7075-T6铝合金为待焊材料,基于库伦摩擦定律建立摩擦塞焊的产热模型,利用ABAQUS软件模拟7075-T6铝合金的摩擦塞焊过程,建立焊接区域温度场的有限元模型,采用热流密度为定值和基于试验数据的热流密度的两种热源加载方式模拟摩擦塞焊焊接区域的温度场,并进行了试验验证。结果表明:两种热源加载方式下焊接区域温度场的变化趋势是一致的,但是相同时刻下,采用热流密度为定值的热源加载方式得到的铝板温度较高;采用两种热源加载方式得到焊接铝板测温点的温度变化趋势均和试验结果的相吻合,但采用基于试验数据的热流密度得到的模拟结果更准确,因此通过有限元产热模型来模拟7075-T6铝合金摩擦塞焊接区域的温度场是可行的。     

焊接参数对摩擦塞焊焊接区域温度场的影响

为了研究焊接参数对摩擦塞焊焊接区域温度场的影响,建立了摩擦塞焊焊接的产热模型,并进行摩擦塞焊焊接工艺试验。通过理论分析得出焊接过程中的产热量与焊接参数的关系,试验对理论分析结果进行验证,并深入探讨焊接参数对焊接区域温度场的影响。结果表明:焊接进给速度的改变影响焊接过程中的焊接压力大小,从而影响摩擦塞焊焊接初始阶段的产热,进而影响焊接区域温度场;较高的焊接转速提高摩擦界面材料的升温速率,提高材料塑化,避免焊接缺陷;应选择适当的焊接摩擦时间,尽量匹配较高的转速以缩短焊接摩擦时间。