铝—钢异种金属嵌入式搅拌摩擦点焊工艺和接头性能探究

1、铝一钢异种金属嵌入式搅拌摩擦点焊工艺和接头性能探究摘要：针对2mml2024铝合金和4mm的低碳钢采用 攻螺纹搅拌摩擦点焊的方法进行焊接试验，测试不同参数下 接头的抗剪力，研究焊接工艺参数对焊点抗剪力的影响。研 究结果表明：选取搅拌头旋转转速为1200r/min.下压量为 0. 7mm,搅拌头的停留时间由20秒时，焊接接头的抗剪切力 最高，为4.4kn。关键词：嵌入式；搅拌摩擦点焊；焊接工艺；抗剪力中图分类号：g642. 0文献标志码：a文章编号： 1674-9324 (2013) 24-0138-02一、引言近年来，众多学者对铝一钢异种材料连接进行了广泛的 研究，如采用压焊、扩散焊、电子束焊

2、等工艺对铝一钢进行 连接，并对焊接工艺及接头的组织性能进行了分析。但采用 熔焊方法焊接铝和钢时，接头易产生脆性相，大大降低了接 头的力学性能。搅拌摩擦点焊(friction stir spot welding, fssw)因其经济、髙效、节能、接头质量高等优点在点焊连 接领域崭露头角，具有非常高的应用价值和市场潜力。本文 针对2024铝合金和低碳钢薄板，进行了攻螺纹嵌入式搅拌 摩擦点焊工艺试验，焊后测试了接头的抗剪力，研究了不同 工艺参数对点焊接头性能的影响。二、试验材料及方法1.试验材料。试验材料为2mm厚2024-t3铝合金 (250x 100mm ), t3态，抗拉强度2390mpa,屈

3、服强度 2245mpa低碳钢钢板厚度为4mmo2试验方法。带螺纹嵌入式搅拌摩擦点焊的基本思路： 焊前在钢板上“预先钻孔”，铝合金置于上面，钻孔并在孔 内攻螺纹的钢板置于下方，螺纹孔尺寸为m2,接头形式为搭 接接头。采用“无针式”柱状搅拌头，利用搅拌头轴肩与铝 合金的摩擦热使上板温度上升发生软化，同时在搅拌头的下 压过程中，将高温、塑化的材料嵌入钢板上预先钻好的孔内， 从而在“热一力”联合作用下实现上/下板间的固相接合。 本次试验在前期试验的基础上选取搅拌头转速为 1200r/min,研究不同的停留时间和搅拌头的下压量对点焊 接头性能的影响。三、试验结果与分析1下压量对接头抗剪力的影响。当搅拌头

4、旋转转速为 1200r/min.停留时间为20秒时，改变下压量对待焊试板进 行点焊试验，通过对接头断后的试样观察可以发现：下压量 为0.4mm时，试样在切割时即断裂；下压量为0. 5和0. 6mm 时，接头断裂形式为嵌入的铝柱经塑性变形后被拔出，如图 1 (a)所示；下压量为0.7mm时，接头断裂形式嵌入的铝柱 经明显塑性变形后才断裂，但并未被拔出，如图1 (b)所示; 下压量为0. 8mm时接头断裂形式为嵌入的铝柱未发生明显变 形而被沿两板界面剪断，断口相对平整但铝柱并未被拔出， 如图1 (c)所示。综合来看，下压量为0. 7mm时断裂形式较 理想，此时接头的抗剪力也达到最大值，为4.4kn

5、,下压量 小于或大于0. 7mm,接头的抗剪力均下降，分析原因为：当 下压量较小时，嵌入钢中的铝合金量不够，即钢中预先钻孔 填充的铝合金不够饱满，随着下压量的增加，钢孔中的铝的 嵌入量逐渐增加，从而过度到最佳状态，此时组织最紧密， 接头抗剪力最大，下压量继续增加，由于钢孔体积有限，多 余的铝被挤压到周围，从而使上层铝板变薄，剪切力减小。2停留时间对接头抗剪力的影响。当搅拌头旋转速度为 1200i7min、下压量为0.6mm时。对于铝/钢异种金属搅拌摩 擦点焊，搅拌头的停留时间为5s20s时，焊接接头的抗剪 切力随着停留时间的增加先是逐渐增大，在15s时达到最大 值为4. 2kn,当停留时间继续增加时，接头的抗剪切力又逐 渐减小。这是因为随着停留时间的增加，单位面积受到的热 量也增加，金属从受热不足逐渐过度到最佳状态，此时组织 最佳，抗剪力最大，停留时间继续增加，金属开始过热，接 头的抗剪力下降。四、结论1当其他焊接参数一定时，改变搅拌头的停留时间为5s20s时，焊接接头的抗剪切力在停留时间15s时达到最 大值，为4.2kno2当其他焊接参数一定时，搅拌头的下压量从0. 4mm变 化至0.8mm时，焊接接头的抗剪切力在下压量0.7mm时达到 最大值，为4. 4kn