东莞搅拌摩擦焊的数值模拟

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。为铝合金的快速发展应用起到了重要的推动作用。东莞搅拌摩擦焊的数值模拟

搅拌摩擦焊技术在电力行业的应用：目前国内电力行业电力传输用的交、直流功率转换热沉器（图1a）所示），前期为ABB进口产品、目前国家根据电力发展需要将其国产化。该热沉器产品材料为6063铝合金材料、ABB公司的产品工艺要求必须用搅拌摩擦焊接，而且目前所有焊接技术（TIG、电子束、激光）都无法焊接、搅拌摩擦焊接工艺占到产品总加工量的四分之一。要实现该产品的国产化，必须采用搅拌摩擦焊工艺。经过2003年的努力，通过调整合适的焊拨压人量，解决了焊接中的隧道缺陷问题，该热沉器产品已经在中国搅拌摩擦焊中心实验室开发成功，并且已生产出合格产品样件，该样件经过厂家的检验，在2.5MPa压力下持续7个小时不泄量（设计检验指标∶1.5MPa压力下持续15分钟不泄漏），产品质量和性能远远超过厂家设计和检验指标。 以提高产品的FSW质量为出发点，中心还就产品的焊前准备、焊接操作规程、FSW生产工艺、产品静压检测以及无损检测等方面进行了再开发和研究，日前已具备较为成熟的全套生产与检验工艺标准。广东搅拌摩擦焊公司团队体现出来的高效和专业精神都给客户留下了深刻的印象。

搅拌摩擦焊（简称FSW）原理，其中搅拌头由特殊形状的搅拌指棒和轴肩组成，搅拌指棒的形状比较特殊，一般要用具有良好耐高温力学和物理特性的抗磨损材料制造，焊接过程中搅拌指棒要旋转着插入被焊材料的结合界面处，并且沿着待焊界面向前移动，搅拌指棒长度一般略小于被焊材料的厚度。 搅拌摩擦焊对于轻合金材料如：铝合金、镁合金、锌合金等的连接在焊接方法、力学性能和生产效率上具有其他焊接方法不可比拟的优越性；由于焊接温度一般低于材料的熔点，所以搅拌摩擦焊是一种固态连接方法，焊缝接头具有优良的力学性能和很小的焊接变形，焊接过程中不需要保护气和焊丝，没有熔化、烟尘、飞溅、弧光，是一种环保型的新型连接技术。 目前，搅拌摩擦焊可以实现对接、搭接、角接等多种结构形式的连接，搅拌摩擦焊在轻合金结构件的制造中得到了越来越的应用。

试验采用Al-Mg系列5A06铝合金制备对接接头试样，该铝合金具有较高的强度和较好的焊接性。 对MIG焊和FSW试样，首先用两块大平板对接施焊，然后用线切割将对接板件切割为具体试样。 试验表明，MIG焊试样我劳断裂发生在焊缝中心的试样，其疲劳裂纹萌生在气孔缺陷部位。其它试样尽管存在一定气孔缺陷，但由于其应力集中相对较低，对疲劳行为影响不明显，而焊趾部位和在此处的微缺陷是导致疲劳断裂的主要因素。 另外，虽然采用局部点固和双面对称焊接措施控制焊接变形，但所有试样均出现了3.1°~4.8°的角变形。在疲劳拉伸载荷作用下，焊接角变形将产生附加的弯矩作用，并增加焊趾局部的应力集中，从而进一步降低MIG焊接接头疲劳强度。 对焊态FSW对接接头，在搅拌摩擦焊接过程中，搅拌工具肩部要与被焊试板紧密压在一起，工具肩部的搅拌头插入板件对接线处，为保证工具肩部与工件的紧密结合，搅拌头的长度应稍小于焊接板的厚度。 搅拌摩擦焊试样的疲劳强度明显高于MIG焊试样的疲劳强度，FSW的S-N曲线比MIG焊的变化更为平缓。随着新能源汽车发展和推广，轻量化是汽车制造商追求的一大目标，大多厂家选铝合金用于轻量化车身。

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；在船舶制造领域，搅拌摩擦焊得到了深入细致的研究和开发，并且得到了成功的应用。揭阳线性搅拌摩擦焊

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节能环保是汽车制造业的大势所趋，解决汽车高排放ZUI 直观的方式是车身轻量化。铝作为地球上含量ZUI多的金属材料，其密度为铁的1/3.虽然纯铝的强度很低，但是随着强度足以和普通钢材相媲美的铝、铜、铝镁及铝硅等铝合金材料的不断开发，铝被认为是未来车身的重要材料。但另一 方面，铝很活泼，在特定条件下甚至能在空气中燃烧。在大气环境下，铝和铝合金表面始终有一层致密的氧化膜，加 铝/铝合金优良的导热性，使得铝和铝合金的焊接尤为困难。 而且，在铝/铝合金爆化焊过程中，由于大的热输入量，使得热应变非常严重。这些都限制了铝和铝合金的应用。搅拌摩擦焊是一种在机械力和摩擦热共同作用下的固相连接方法，正好避免了铝合金的以上问题，现在已经被应用到新能源汽车等轻量化需求的焊接。东莞搅拌摩擦焊的数值模拟

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