7075铝合金高速搅拌摩擦焊材料流动行为及性能研究

目的针对7075-O铝合金高焊速、高转速搅拌摩擦焊接缺陷多、质量差等问题,研究焊接接头材料流动对焊缝性能的影响。方法选用焊接速度1000 mm/min,搅拌转速分别为1000、1200、1600、1700 r/min的条件对7075-O铝合金板进行搅拌摩擦焊接,分析不同焊接工艺参数下焊接接头的显微组织及力学性能。同时,利用Fluent软件模拟7075-O铝合金搅拌摩擦焊接过程中的材料流动场分布,分析焊接材料流动与缺陷形成的关系。结果利用7075-O铝合金三维流动模型,预测出高焊速条件下焊缝前进侧形成一个低压区,孔洞等缺陷易出现在此区域,数值模拟预测与试验结果吻合。在高焊接速度1000 mm/min、焊接转速1200 r/min时,焊缝表面光滑平整,焊核区域的硬度分布更加均匀。结论随着搅拌转速从1000 r/min增大到1700 r/min,热输入量逐渐增大,孔洞缺陷由隧道型孔洞转变为不连续的小孔。同时,随着搅拌转速的增大,焊缝高硬度区域的宽度先增大而后降低。当搅拌转速为1200 r/min时得到了优质的焊接接头,焊缝焊核区硬度分布均匀,硬度值最高为176HV。

铝合金高速FSW热输入模型及焊缝峰值温度研究

将焊接速度大幅度提升至1000 mm/min,在不同焊接转速下(1000~1900 r/min)对3 mm厚退火态7075铝合金薄板进行搅拌摩擦焊接实验,并用高精度红外热像仪测量焊缝温度,研究了焊接转速对焊缝峰值温度、焊缝外观以及接头组织的影响规律。发现当转速低于1600 r/min时,随着转速的升高,焊缝峰值温度逐渐升高,在1600 r/min时达到最高,接近500℃。1600r/min以后,峰值温度在480~495℃之间波动,并有轻微下降的趋势。这一结果与已有热输入模型及焊缝峰值温度公式不相符合。此外,综合考虑焊缝表面以及接头微观组织,发现当转速在1400,1500,1600 r/min时,焊接质量达到最佳。对材料摩擦机制进行分析,发现摩擦系数随焊接转速和焊接温度的变化而变化,从而在热输入模型中引入摩擦系数变量,最终建立了稳态焊接时峰值温度与焊接转速的关系公式。