铝合金FSW常见焊接缺陷及成因分析

铝合金FSW常见焊接缺陷及成因分析
发布时间：2021-06-18T02:56:08.251Z 来源：《中国科技人才》2021年第9期作者：董立忠张瀚峰鲜明亮[导读] 系铝合金是可热处理强化铝合金，强度较高，成形加工后不易产生回弹被广泛应用，搅拌摩擦焊（FSW）是一种固相连接技术，其焊接过程中材料没有熔化，可避免接头产生气孔、裂纹等金属凝固缺陷,然而，FSW焊缝常产生沟槽缺陷，严重限制了铝合金FSW生产。

营口理工学院机械与动力工程学院辽宁营口 115014
摘要：以6系铝合金板材为研究对象,进行FSW焊接试验，进行常见沟槽缺陷的分析。

通过改变焊接工艺参数观察接头成形质量。

通过分析焊接参数、摩擦产热以及材料塑性流动之间的影响，揭示铝合金FSW焊接沟槽缺陷的形成机理。

关键词：铝合金；FSW；工艺参数；焊接缺陷
6 系铝合金是可热处理强化铝合金，强度较高，成形加工后不易产生回弹被广泛应用，搅拌摩擦焊（FSW）是一种固相连接技术，其焊接过程中材料没有熔化，可避免接头产生气孔、裂纹等金属凝固缺陷,然而，FSW焊缝常产生沟槽缺陷，严重限制了铝合金FSW生产。

1 试验材料及试验方法
1.1试验材料
试验用柳泰公司生产的LT-TS08-09065-04 型FSW，材料采用LT-T7.5-16 型号搅拌头、 6061 铝合金型材，T6 供货状态，厚度为 8mm。

试验材料选择处理：6061-T6FSW焊接试验前用机械方法去除试样表面氧化膜，去除表面油污，采用刚性夹具紧固在焊接工作台，将搅拌头对准试板对接中心线，调整焊接参数，按设定编程进行焊接。

1.2 FSW试验参数：选用高速钢搅拌头，其尺寸如表 1
2试验过程及缺陷分析
参数范围选择：根据设备和搅拌头形状、尺寸，考虑被焊材料的力学性能和组织状态，确定试验参数的范围为搅拌头下压量为7.75mm,主轴转速为600-1000rpm，焊接速度150-400mm/min，下针Z-7.75F10停3s；起针 2s， Z-6F15，Z10F200。

沟槽。

在FSW过程中焊缝形成不完整的连接，其表面形成未被塑性流动金属填充的间隙称之为沟槽，常出现在FSW焊缝的前进侧，图2.1给出的是试验中铝合金板材焊接接头良好成形和典型的沟槽缺陷。

焊缝中的沟槽对其力学性能产生严重的影响，使其性能急剧降低。

因此，在铝合金FSW过程中，一定要防止沟槽的产生。

分析图2，沟槽缺陷的产生与焊接工艺参数有较大关系，可从转速、焊速以及搅拌头压入深度对沟槽缺陷的影响加以考察。

在转速定为800rpm 下压量确定情况下，焊速对焊缝产生沟槽缺陷的影响如图 2.1a、2.1b。

当焊速为 200mm/min 时，还可获得成形良好焊缝（图2.1a），但当焊速达到 400mm/min 时，由于焊接热输入明显不足，导致焊缝开始出现沟槽缺陷(见图 2.1b）。

在焊速定为200mm/min 和下压量确定的情况下，转速对焊缝产生沟槽缺陷的影响如图 2.1b、2.1c。

当转速为 800rpm 时，还可获得成形良好的焊缝(见图2.1a）但当转速为400rpm 时，由于焊接热输入明显不足，导致焊缝开始出现沟槽缺陷(见图2.1c）。

因此，对于一定厚度的板材，在转速和压深一定的条件下，采用较低的焊速可获得成形较好的焊缝；而当焊速达到一定值时，焊缝就会出现沟槽缺陷；在焊速和压深一定的条件下，采用较高的转速可以获得没有沟槽缺陷的焊缝；而转速低到一定值时，焊缝就会出现沟槽缺陷。

3结论
本文试验分析了铝合金FSW过程中出现的沟槽缺陷。

从试验结果来看 , 工艺参数是导致搅拌摩擦焊焊接缺陷存在的重要条件，由于篇幅有限，对搅拌摩擦焊焊接缺陷的产生机理还缺乏深入的研究, 焊接工装卡具夹紧程度等工程因素的影响尚未细致研究，随着FSW工艺研究的不断深入 ,有关焊接缺陷的研究也将迅速发展, 这对推广铝合金FSW方法有重要的实际意义。

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作者简介：
董立忠（1986.04-）,男，汉族，辽宁营口人，大连理工大学硕士，高级工程师，研究方向为焊接。

基金项目：本文系“2021年营口理工学院大学生创新创业训练计划项目”，“2020年营口理工学院院级科研项目”的研究成果。