动车铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能研究.pdf

学兔兔 第5期(总第186期) 机 械 工程 与 自动 化 NO．5 2014年 1O月 MECHANICAL ENGINEERING 8L AUTOMATION 0ct． 文章编号：1672—6413(2014)05—0099—02 动车铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的研究米 王 敏，郭淑兰，王海东 (长春工程学院机电学院，吉林 长春 130012) 摘要：分析了动车用6005A铝合金的搅拌摩擦焊接头的显微组织及疲劳性能。研究表明：接头表面有AIzOa 生成，接头焊核区是细小的等轴晶，并有 “洋葱环”形貌，热影响区晶粒粗大，接头的疲劳强度低于母材， 但高于MIG焊，疲劳断口为韧窝与准解理的混合断口。 关键词：疲劳性能；搅拌摩擦焊；疲劳断口；铝合金 中图分类号：TG457．14 文献标识码：A 0 引言 影响区金属没有受到机械搅拌的作用，与母材相比变 随着人们对交通工具的要求越来越高，车体的轻 化很小，只是由于高温晶粒比母材略大。图1(b)为焊 量化、高速化成为了一个发展趋势。铝合金作为一种 核区，可以看出形成了细小的等轴晶粒，这是由于该区 性能良好的轻质材料，目前在我国的轨道车辆制造中 域温度高，金属在搅拌头的强烈搅拌摩擦作用下发生 得到了大量的应用。但是常规熔焊的接头性能较低， 显著的塑性变形，温度较高，应变速率较大，使之不断 难以满足轻质、高速的需求，因此，采用新技术解决铝 地形成再结晶晶核 ]，并只发生有限长大，搅拌头对晶 合金焊接性较差的问题成为国内外研究的热点[1]。搅 粒也有一定的破碎作用，因此在该区形成了细小、均匀 拌摩擦焊(Friction Stir Welding，FSW)的问世从根本 的晶粒。 上解决了这一难题，采用FSW焊接铝合金等轻金属， 降低了熔焊缺陷产生的可能性，提高了接头的性能。 1 实验材料与方法 实验用材为3 mm厚的轧制6005A铝合金，母材 的化学成分如表1所示。 表 1 6005A铝合金化学成分(质量分数) Mn I Si l Cu l Cr l Zn l F‘e I Mg l Ii 1 (a)焊缝区 (b)焊核区 0．20 1 0．59 1 0 1 0．09 l 0 1 0．13 l 0．55 l 0．02 l 图1 焊缝的微观组织 把铝合金加工成 200 mm×50 mm的试样，在 观察图1(b)，有明显的搅拌流线存在，可见典型 FSW一3LM一002型焊机进行FSW，搅拌头直径为22 的“洋葱环”形貌。“洋葱环”的形成主要和金属的塑性 mm，搅拌针直径为6 mm，长为8 mm。焊接工艺参数 流动有关，焊接过程中搅拌针和肩轴作用使金属分层 为：焊接速度23．5 mm／min，搅拌头旋转速度1 180 r／ 沿着后退侧迁移，另外应力的循环变化引起金属塑性 min，搅拌头倾角 2．5。。使用 CONROLLER一4890— 变形也会使焊缝金属分层流动。层间新生成的晶