7050铝合金搅拌摩擦焊接头特性研究

邹玉亮，徐丽娜，朱叶，刘玮

（航空工业股份有限公司汉中飞机分公司，陕西汉中723000）

7050铝合金搅拌摩擦焊接头特性研究

邹玉亮，徐丽娜，朱叶，刘玮

（航空工业股份有限公司汉中飞机分公司，陕西汉中723000）

铝合金熔点相对较低，无法进行熔化焊，目前对于铝合金的连接，工程中大多采用紧固件连接的方式。对6 mm厚铝合金7050-T7451进行了搅拌摩擦焊接并对焊接件进行了力学特性试验，试验结果表明，当焊接参数为转速为800 r/min，焊接速度为100 mm/min，下压量为0.25 mm时，断裂发生在前进侧热机影响区/热影响区的过渡区，试验件力学性能优异，其强度极限[σ]为480 MPa，可达到母材强度极限的91.26%.

搅拌摩擦焊；7050-T7451；铝合金；显微硬度

本文采用搅拌摩擦焊[1]的方式对航空制造领域比较常用的6 mm厚超高强铝合金7050-T7451进行焊接，并对焊接件的相关特性进行了力学试验。

1 试验参数

试验材料选用6 mm厚的7050-T7451铝合金。焊接工艺参数为：旋转速度800 r/min，焊接速度100 mm/min，轴肩直径20 mm，搅拌针根部直径8 mm。

2 试验结果

2.1 金相试验

焊接件接头的微观组织结构如图1所示。图1（a）为焊核区，表现为细小的等轴晶结构。从图1（b）中可明显看出，晶粒被拉长并发生了变形和扭曲，这是由于焊接时铝合金受到搅拌头的挤压和搅拌而引起的。图1（c）为热影响区，热影响区的晶粒比母材区的晶粒粗大。这是因为该区域内的晶粒虽然未受到搅拌头的搅拌作用，但是由于在焊接过程中搅拌头与铝合金的搅拌磨擦作用，该区域内的晶粒受到了热循环的作用导致。图1（d）为母材区，呈现出细小的亚晶及沿板材轧制方向拉长的晶粒。

图2 接头的显微硬度

图3 焊接件静力学应力—应变曲线

2.2 硬度试验

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊焊接件硬度如图2所示，硬度试验测量了3处的硬度值，3处位置分别对应焊接件接头的上、中、下2个部位。由图2可以看出，焊接件接头处上、中、下3个部位的硬度大体上可看作时“W”型分布，即3个区域的硬度均为由高—低—高—低—高。同时，由图2可发现，焊接件接头处上、中、下3个部位的硬度虽然相近但并不完全相等，焊核区的硬度基本上高于其他区域的硬度。这是因为在焊接过程中，铝合金受到搅拌头的搅拌作用及引搅拌作用引起的热循环作用，致使该区域内的晶粒被充分细化并形成了分布均匀、致密的组织结构形式[2]。

2.3 静力试验

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头静力学拉伸试验的结果如图3所示。由图3可知，焊接件的强度极限为470 MPa，断后延长率为7%，屈服极限为129.87 MPa。其强度极限可达7050-T7451铝合金母材强度极限的91.62%.

3 结论

当焊接参数为搅拌头转速为800 r/min，焊接速度为100 mm/min，下压量为0.25 mm时，采用搅拌摩擦焊的方法可以对6 mm厚的7050-T7451铝合金薄板进行成功的焊接。其焊接效果十分理想，强度极限可达到470 MPa，可达到母材强度极限的91.26%.焊接件在焊核区域出现了动态再结晶和沉淀相的溶解，形成了极细小的等轴晶结构；焊接件在热机影响区和热影响区因受到了搅拌头的搅拌作用和热循环的作用，在该区域的晶粒出现了扭曲和变形。焊接件接头处最大硬度为199.15 HV，位于焊核区域的中间部位；最小值出现在热机影响区/热影响区的过度区域；焊接件硬度的总体分布呈现出“W”型分布，即高—低—高—低—高的分布。

［1］严铿，蒋成禹，李敬勇，等.先进的搅拌摩擦焊［J］.轻合金加工技术，2003（11）：37-40．

［2］李宝华，柯黎明，邢丽，等.搅拌针形状对焊缝厚度方向塑性金属迁移的影响［J］.金属铸锻焊技术，2008（1）：38-41.

程师，强度设计方向。

〔编辑：刘晓芳〕

TG407

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.18.056

2095－6835（2017）18－0056－03

邹玉亮（1984—），男，山东龙口人，硕士，工