东莞双轴肩搅拌摩擦焊气动夹具

法国EADS合作研究中心（简称EADS CRCF）目前致力于铝合金焊接技术的发展，用来提高低成本高性能轻型飞机结构的制造能力，其中空中客车飞机的中心翼盒的制造研究便是其中涉及到的零件之一、如图5所示。此项目的主要研究内容是利用对接焊的挤压型材来代替 传统的铆接制造方法，以期在飞机中心翼盒的制造中达到减少重量和降低成本的目的。 图5 飞机中心翼盒的搅拌摩擦焊 对于此研究项目、得到固相连接接头的搅拌摩擦焊应该是Z佳的选择。因为一方面搅拌摩擦焊实现过程简单、工艺再现性好、焊接变形小，接头的机械性能优良，而且几乎没有焊接缺陷；另一方面飞机中心翼盒使用的材料是很难用熔焊焊接的7000系列铝合金，结构中需要长的线性焊缝并要求尽可能小的焊接应力和变形。所以、EADS中心针对搅拌摩擦焊技术采取了如下步骤进行研究∶（1）证明厚度为10mm的7000系列挤压铝合金型材搅拌摩擦焊的可行性，开发合适的焊接工艺方法；（2）在ESAB公司生产的半自动焊接设备上研究搅拌摩擦焊工艺方法的再现性和进一步改进与提高；（3）制作1500mm长的搅拌摩擦焊试验件；搅拌摩擦焊作为一种基本的、新型的轻合金连接方法，将会对现代制造工业领域产生G命性的影响。智谷。东莞双轴肩搅拌摩擦焊气动夹具

接头力学性能根据拉伸试验和弯曲试验标准，在焊后的试板上进行取样，试验结果的统计如图4所示：当/Ml.()时，抗拉强度在不同的 焊接速度下所体现的趋势是类似的，基本上都是在 1.4-3.0之间某个区域达到ZUI高，向两端下降；而当 也>1.4时，弯曲性能基本合格,除此之外，还发现搅 拌摩擦焊焊缝的弯曲性能与内部隧道缺陷存在一定 关系：在对焊缝进行射线检测时，w<1.4,容易在焊 缝内部发现隧道缺陷，缺陷位置如图5所示；当 3N1.4时，焊缝内部无隧道缺陷。ZUI优合格参数区域 将焊缝抗拉强度达到母材的80%,弯曲性能合格、射线检测合格且焊缝外观合格的参数区域定义 为ZUI优合格参数区域，如图6所示。 旋转速度/(r-min ') 图6ZUI优合格参数区域2('008(6(4(20ZUI终选定 1200 r/min, F=80() nim/inin,顶锻力为14 kN,为5 mm厚6082-T6铝合金搅拌摩擦焊 焊接工艺评定参数"焊接时采用恒压力系统.焊后 外观成形美观，飞边较小，抗拉强度达到母材的 81%,弯曲试验结果为180。未出现任何缺陷,图7 为该焊接工艺参数下的焊缝外观、宏观金相以及弯曲试样。惠州搅拌摩擦焊的分类公司率先开发了搅拌摩擦焊接装备及焊接工艺。

力学性能分析：每道焊缝分别在起始位置、中间位置以及终止位置（不包括焊缝末端的匙孔》取一个试样；力学修试验在ZD10/90电子拉力试验机上进行。根据每道焊缝中3个试样的拉伸试验值求平均值，分析旋转逸对6063铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能的影响。旋转速度对6063铝合金搅拌摩擦焊接头抗拉强度的影响。随着旋转速度的提高，接头强度色加。当旋转速度为950r/min时，接头强度约为105MPa；当旋转速度为1500r/min 时，接头强度在140%以上。旋转速度对6063铝合金搅拌摩擦焊接头延伸率的影响。接头延伸率与接头强度有相同的趋旋转速度以及焊接速度对接头延仲率有着类似的影响。当旋转速度为950r/min 时，接头延伸率为2.0；当旋转速度为1500/min，采用低焊接速度匹配时，接头延伸率达到4.0；而当采用高焊接速度匹配时，头延伸率可以达到6.0以上。 由试验一的结果可以看出，高旋转速度、高焊接速度匹配条件下的接头强度、延伸率均比较高。秘这一结果，设计了第二次试验，试验材料改为T5状态6063铝合金。

旋转速度作为搅拌摩擦焊接过程中的主要参数之一，対6063铝合金搅拌摩擦焊接头的焊縫成形以及力 学性能等有重要影响。该研究通过对不同旋转速按条件下焊缝形貌以及接头强度制延伸率的研究，可以得 出以下结论： 1.旋转速度与焊接速度如匹配不当，可能在焊缝表面形成飞边，使焊缝成形粗糙、光洁度变差； 2.在l500r/min以下，随着旋转速度的提高，6063 -T6铝合金搅拌摩擦焊接头强度以及延伸率等均有所提高； 3.在1500r/,nin以上，6063 -T5铝合金搅拌摩擦焊接头强度均可达到母材强度的90%以上，ZUI高可达 96.2% ； 4.在l500r/min以上,匹配高焊接速度时6063 -T5铝合金搅拌摩擦焊接头可以得到比较高的延伸率, ZUI髙可达母材的85. 3%。 因此,适当选择焊接参数可以获得优ZHI的6063铝合金搅拌摩擦焊接头。助推现代交通运输工具的轻量化发展。

一般汽车零部件的FSW焊接 一些典型汽车零件的焊接如图8所示。随着汽车平均用铝量的增大，以及铝制汽车零件的增多，搅拌摩擦焊在汽车工业会得到越来越的应用。如∶发动机和底盘支架、油箱、公共汽车和机场用车辆、汽车篷盖、液压成型管接头、轮箍、摩托车和自行车车架、坯料缝合、空间结构，连接挤压成型管与铸造节点、卡车车体、带有关节的吊车/人员通道、罐车、卡车的起重机构、起重机车、铝合金材质汽车的维修、装甲车、镁或镁/铝焊接。 a 缓冲器的FSW焊接 搅拌摩擦焊焊接过程中需要施加一定的压紧力，尤其是工件厚度、材料不同，需要的机床结构刚度不同，主轴驱动力矩也不同，所以需要根据工件尺寸的厚度、大小、形状等选择不同结构形式的的搅拌摩擦焊设备。未来轻量化是趋势搅拌摩擦焊解决轻合金焊接技术难题！广东圆筒搅拌摩擦焊

我国要发展成为制造强国和要创新性国家，在中国搅拌摩擦焊技术发展的晨曦中我们看到了希望的光芒。智谷。东莞双轴肩搅拌摩擦焊气动夹具

焊缝表面成形 不同热输入情况下，典型的焊缝表面成形如图。a系数过大或者过小，焊缝表面成形都不好.这说明热输入过大或者过小都会影响焊缝成形，由于轴肩具有一定的下压量，在焊接过 程中需要挤出一部分母材，如果被挤出的母材不能及时脱落而滞留在焊缝边缘就形成了飞边或毛刺w系数较小，导致焊缝金属热塑性不够，流动性不足，前进侧的材料不能充分流动到返回侧，挤压出的材料难以脱落而形成飞边或毛刺，表面粗糙；若3系数较大，塑性金属的流动性强，且体积明显增大，而此时由于搅拌头前进在其后方留下的瞬时空腔的体积较小，不足以容纳全部的塑性金属，使部分塑性金属溢出形成R边，从而导致焊缝内部金属缺失，形成孔洞，故3系数过大时，易形成表面粘连，甚至起皮由统计试马佥数据可知，当a>700 mm/niin时，焊缝表面成形良好；当1.6Wo)W3.0,旋 转速度<1 600 r/min时，焊缝表面无缺陷。东莞双轴肩搅拌摩擦焊气动夹具

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