2519厚板搅拌摩擦焊缝组织性能及断裂分析

第２７卷第４期焊接学报Ｖ０１．２７Ｎｏ．４２Ｏ０６年４月ＴＲＡＮＳＡＣ，ｎＯＮＳＯＦＴＨＥＣＨＩＮＡＷＥＬＤＩＮＧＩＮＳｌｌⅡ『１１０ＮＡｐ打ｌ２Ｏ０６

２５１９厚板搅拌摩擦焊缝组织性能及断裂分析

周鹏展，钟掘，贺地求，舒霞云

（中南大学机电工程学院，长沙４１００８３）

摘要：采用搅拌摩擦焊方法对厚度为２０ｍｍ的２５１９高强铝合金板进行了单道对接焊试验，

并对焊缝的微观组织、力学性能及断裂特性进行了分析。试验结果表明，在旋转速度为

１６００“商ｎ、焊接速度为３０聊＝ｒＩ，ⅡｌｉＩｌ时，２０ｍｍ厚板焊缝的抗拉强度可达３１３ＭＰａ；厚板焊接时，因

焊接速度较慢，厚板焊缝搅拌区的平均显微硬度在１１５ＨＶ左右，出现了较大程度的软化，其软

化区长度约为５５舢；其断裂形式为韧性和脆性的混合型断裂。２０ｎ硼厚板焊接时，上下板面

搅拌区的温差在１５０℃左右，热机作用梯度沿板厚急剧变化，是厚板焊接比薄板焊接困难的原

因之一。

关键词：搅拌摩擦焊；２５１９铝合金；厚板

中图分类号：７ｍ４５３文献标识码：Ａ文章编号：０２５３—３６０ｘ（２００６）０４—０３３一０４周鹏展

Ｏ序言

２５１９铝合金是美国于２０世纪８０年代后期研发的一种新型高强轻质铝铜合金，它具有良好的力学性能和抗应力腐蚀性能，主要用于飞机蒙皮、火箭、舰船等的结构件和两栖装甲突击车、空投空降车等的装甲材料ｌｌ“］。但２５１９铝合金采用传统的熔焊方法时，焊缝区易形成脆性相、气孔和热裂纹，因而难以获得高强高韧和耐腐蚀的接头，在构件应用上没有最大程度地发挥出２５１９铝合金材料的性能。

搅拌摩擦焊（简称聆ｗ）是一种新型固相连接方法，主要应用于熔化焊方法难以焊接的轻合金ｂ、６Ｊ。影响搅拌摩擦焊缝成型质量的主要因素是搅拌摩擦的发热量和材料在搅拌头作用下的塑性流动形态，它与搅拌头结构、材料热物理性能、待焊板材厚度及焊接规范等因素有关。

采用搅拌摩擦焊连接铝合金，具有操作简单、无气孔、无热裂纹、残余应力小、接头性能好、强度系数高等特点ｂ一０Ｉ。对于不可热处理强化且热塑性较好的铝合金，搅拌摩擦焊缝的焊接强度可达到基材的９０％以上。在铝合金的搅拌摩擦焊研究中，常用的单道对接焊厚度一般为１。８ｍｍＬ５。１０｜，而对厚度在１５ｎ蛐以上厚板的研究报道很少。其原因在于：用薄板搅拌摩擦焊常用的焊接工艺应用于高强铝合金厚板焊接时，难以获得质量优良的焊缝，甚至会出现

收稿日期：２００５一叭一２０

基金项目：国家８６３高技术研究发展计划资助项目（２００２ＡＡ３０５４０２）焊不合的现象。文中选用厚度为２０ｒ，瑚的２５１９高强铝合金厚板进行搅拌摩擦焊研究具有重要意义。

１试验材料及方法

试验用材料为２０ｍ?厚的２５１９高强铝合金轧制板，尺寸规格为３００ｎ硼×１５０ｒ砌，已经过固溶处理、８％冷变形和１７５ｑｃ时效处理（Ｔ８７态）１４Ｉ，其主要化学成分如表１所示。

表１２５１９合金的主要化学成分（质量分数，％）

Ｔ曲Ｉｅ１Ｍａ．ｎｃｈｅｍｉｃａＩ∞ｍｐＯｓｎｉｏｎＯｆ２５１９ａ¨ｏｙＣｕＭｎＺｒＭｇＡｌ

５．８０．２８０．２１０．２０余量

搅拌摩擦焊试验在自行研制的搅拌摩擦焊试验机上进行，焊接形式为单道对接拼焊。试验用搅拌头参数：轴肩直径为３０ＨⅡｎ，搅棒直径为１５，，瑚，搅棒长度为１９ｍｍ。焊接前，没有对焊接件的对接面进行去除氧化膜处理。简单地去除对接面的表面污垢及灰尘后，将焊接件夹紧在工作台上，以防止焊接件在焊接时产生松动。焊接时，搅拌头高速旋转钻入待焊板材接缝，当搅拌头轴肩压实铝板后，沿接缝前进以完成焊接过程。焊接工艺参数：搅拌头旋转速度为１６００ｒ／ｍｉｎ，搅拌头沿焊缝方向的焊接速度为３０ｍＨｌ／ｒ证ｎ。

对２５１９铝合金进行单道对接搅拌摩擦焊后，在

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