铝合金搅拌摩擦焊焊接缺陷分析
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 12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。
搅拌摩擦焊缺陷分析及其无损检测现状
４ ４・
科技论 坛
搅 拌摩擦焊缺 陷分析及其无损检测现状
郑 波
（ 建 锅 炉 压 力容 器检 验 研 究 院 ， 建 福 州 ３ ０ ０ ） 福 福 ５ ０ ０
摘 要： 搅拌摩擦 焊具有焊接质量高的显著特点 ， 但工艺参数 选择不 当时仍会存在焊接 缺陷。依 据国 内外学者 对搅拌摩擦焊缺 陷分 析及检测方 面的研究 ， 文总结搅拌摩擦焊过程可能产生的缺陷种 类和原 因， 本 及缺 陷检 测方法现状 ， 具体 包括孔洞 、 沟槽 、 未焊透 和 ｚ线 等 四大类缺 陷。 目前对搅拌摩擦焊缺 陷的研 究， 主要是从焊缝成形过程 方面进行研 究， 对缺陷的形成规律及影 响因素之 间的 关系和检测 方法有待进 一步研 究， 最终 实现对缺陷的控制。 关键词 ： 搅拌摩擦焊 ； 缺陷 ； 影响因素； 无损检测现状
１ 述 概 中并 呈现半连续状 ， 被称为 Ｚ线或 Ｓ线 。要避免焊接 过程 中出现 Ｚ 搅 拌摩擦焊 （ｒ ｔｎ Ｓ ｒＷｅ ｉ ， Ｆｉ ｉ ｔ ｌ ｎ 简称 Ｆ 是一种 新型 固相 线，在焊接开始前要对工件表面彻底清洗 和打磨，以去除表面油污 ｃｏ ｉ ｄｇ ｓ 焊接工 艺 ， 是英 国焊接研 究所 于 １９ 年开发 的专利技术 。Ｆ Ｗ 适 和氧 化 层 。 ９１ Ｓ 于连接 同质或异质的多种结构材料 ， 尤其适 于连接常规焊接工艺难 ３缺 陷产 生 的 影 响 因 素 以焊接 的高强铝合金 ； 它具有焊接 温度低 、 焊件变形 小 ， 接头机械性 从 国内外学者对 Ｆ Ｗ 工艺参数和接头组织及性 能的研 究结果 Ｓ 能好不产生类似熔焊接头 的铸造组织缺陷 ， 并且焊缝组织 由于塑性 来看 ， 多因素能对 Ｆ Ｗ 接头组织造成影 响 ， 很 Ｓ 如搅拌头 的形状和尺 流动而细化等优点。 对熔焊方法易于焊接的材料 ， 使用 Ｆ Ｗ 也可显 寸、 转速度和焊接速度 、 Ｓ 旋 搅拌针 扎入 的深度和倾斜 角度 、 对接板 间 著提高接头的性能 ｌ 目前 Ｆ Ｗ 的研究主要集中于不 同材料 Ｆ Ｗ 隙等 。当工艺参数选择不当时 ，Ｓ 接头会 出现典型的孔洞 、未焊 １ ｌ 。 Ｓ Ｓ ＦＷ 工艺参数的优化和接头组织性 能（ 包括拉伸 、 疲劳 、 弯曲等 ） 焊缝 透等缺陷 。 及 检测 的研究上 。虽然 Ｆ Ｗ 能够避免熔焊 中产生 的裂纹 、气孔等缺 Ｓ ３１搅 拌头 。搅拌头是搅拌摩擦焊技术 的核心 ； ． 因此 ， 在焊接前 陷，但是若焊接参数选择不当也会 引入新 的缺陷，例如孔洞、 沟槽 、 合理选择 搅拌头的形状和尺寸 、扎入深度 和倾 斜角度 ，将 有利于 未焊透和 ｚ线等 。依据国内外学者对 Ｆ Ｗ 焊缝缺陷分析及检测方 Ｆ Ｗ 焊缝成形 ， Ｓ Ｓ 从而 降低焊缝出现缺陷 的可能。 法 的研究 ，本文总结 Ｆ Ｗ 过程产生的缺陷种类和原因及缺陷检 测 Ｓ ３２工艺参数 。 ． 若搅拌头固定不变时 ， 搅拌头的旋转速度 ｒ焊接 ｘ 方法 。 速度 ｖ 和焊接压力 Ｐ等 工艺参数 的选取 ，也会 直接影 响焊 缝 的成 ２ Ｆ Ｗ 缺 陷分 析 Ｓ 形 ， 以要避免如孔洞 、 所 沟槽和吻接等危 害性缺 陷的产生 ， 当更慎 应 Ｆ Ｗ 焊接过程中产生 的缺 陷主要有以下几种 ： Ｓ 孔洞 、 沟槽 、 未焊 重地选择这些焊接工艺参数。 透 、 等缺 陷。缺陷产生 主要是 由于在焊接过程 中， 同部位的焊 ｚ线 不 ３３对接板 的间隙。 ． 对接板的间隙也会影响焊缝成形 ； 若对接板 缝金属经历不 同的热机过程过热或塑性材料流动 不足都会导致 缺 的间隙越大越不利于热量向焊核 区扩散 ，导致热影 响区温度升高 ， 陷 的形成。 若将 焊缝分成顶部 、 中部和底部三个部分 ， 只有输入焊缝 晶粒尺寸变大。 间隙越大 ， 焊缝 区出现的孔 洞越大 ， 甚至会在焊缝 中 底部的热量最少而输 出最大 ， 以当焊接工艺参数或焊具尺寸选 择 出现隧道型缺 陷； 所 是由于间隙的存在使得焊缝连接所需的塑性金属 不 当时底部最容易产生焊接缺陷。 减少 ， 在没有塑性金属补充 的情况下焊缝 中只能形成隧道型缺 陷。 ２１孔洞 。孔洞 的形成 主要是 由于焊接过程 中热输 入不 够 ， ． 使 Ｆ Ｗ 焊缝缺陷的产 生是 由多种 因素共 同作用 的结果 ， Ｓ 对于不同 达到塑性 化状态 的材料不足 ， 材料流动不充分而导致在焊缝 内部形 的焊接材 料和焊接工艺 ， 各种因素是相互影响 的。 成材料未完全闭合现象 。 若采用不带螺纹的柱状 或锥状搅拌针进行 ４ Ｆ Ｗ 缺陷的无损检测方法研究现状 Ｓ 焊接更容易产生孔洞缺陷。 该类缺 陷通常位于接 头前进侧的中下部 随着 Ｆ Ｗ 技术在各个领域 的推广应用 ，对焊缝 的成形 质量有 Ｓ 以及 焊 缝 表 面 附近 。 位 于 焊缝 表 面附 近 的 孔洞 方 向与 焊 接 方 向一 更高的要求 。Ｆ Ｗ 焊缝缺陷具有明显的紧贴 、 若 Ｓ 微细和取 向复杂等特 致， 在焊缝 长度方 向上延 伸较 长时也被称为隧道型缺 陷； 它是 Ｆ Ｗ 点 ， Ｓ 这对焊缝缺陷的无损检测有更高的要 求。 目前 ， 国内外 Ｆ Ｗ 的 Ｓ 过程中 比较典 型而且危害最大的一种缺陷。 如果想要避免该类缺 陷 无损检测技术处于缺陷表征 与检测方法探索及技 术积 累阶段 。 通常 除 了要选择适 当的焊接工艺参数外 （ 搅拌头转速 、 焊速 、 压力 ） 还要 采用常规无损检测技术 以及 金相 观察 等方法进行检测 ； 伴随着微机 保证适 当的搅拌 头倾 角一般为 １ 。 ０≤４５’另外还要避免待焊 与 电子技术 的发展 和应用 ，近年来无损检测技术 得到 了快 速的发 ．≤ ５ ． Ｕ 件 之 间存 在 间 隙 。 展， 从而产生了一些高效率 的检测新 方法 。 ２ ． ２沟槽 。沟槽是搅拌头在对接板表面机械搅动后未形成连接 ４１Ｘ射线 。胶片射线照相技术是射线源发出的射线透过被检 ． 的一种严 重缺 陷， 常位于前进侧焊缝表面。它的产生 主要是 由于 物体 ， 通 利用被检物体与其 内部缺陷介质对射线强度衰减的程度不 同 焊接过程中压力过小 ， 导致热输人严重不足发生塑性变形 的材料 大 来携带被检物体 内部信息 ， 并用射线胶片记录下来 ， 经显影 、 定影等 量减少 ， 而且材料流动性 能降低 ， 造成焊缝前进侧 的塑性材料从后 处理 ， 在胶片上形成透视投影影像 ， 通过对影像 的识别来评定被 检 退侧绕流以后不能 回填到前进侧 ， 从而在前进侧焊缝表 面附近形成 物体内部是否存在不连续性 的一种射线无损 检测方法 。 该检测方法 孔洞 ；当材料流动能力进一步 降低时形成孔洞 的范围发生扩展 ， 对材料没有 限制 ， 由于 Ｆ Ｗ 缺 陷可能存在于任意方 向， 得射线 最 但 Ｓ 使 终贯穿焊缝上表面形成 沟槽 。 照射方向很难保持与缺 陷平行 ， 这样 的缺 陷很难被检测 出来 。 ２ ． ３未焊透 。未焊透是 Ｆ Ｗ 焊缝背 面最 常见 的焊接缺陷， Ｓ 是指 洛克希德 马丁公司使用胶 片和数字方法 完成对搅 拌摩擦焊 测 在焊缝底部未形成连接或不完全连接而 出现的“ 裂纹状 ” 缺陷 ， 由于 试板材的射线检验结果显示 具有 ９ ％的概率或 ９ ％的信心能够检 ０ ５ 采用长度 略小于接头厚度 的搅拌头压人 焊缝结合面 ， 利用 搅拌头 测大于或等于材料 厚度 ３ ％的不连续性 未焊透然而 ，在异 种合 金 ０ 轴肩与焊缝表面的摩擦 热进行加 热 、 搅拌而形成连接，所 以总存在 焊接射线胶片方面遇到了严重 的问题 ， 结果 表明探 测不 连续 性的未 定厚度 的未焊透 。 焊接压力过小时容 易形成根部未焊合 。 Ｆ Ｗ 焊透缺陷的能力是有限的。 在 Ｓ 主要的原因是铜和锂 的焊件具有不同的 过程中 ， 如果搅拌针长度 比正常尺寸短，搅拌针在焊接过程 中不能 化学成分 。 ４２渗透 。 ． 渗透是采用毛细管作用 的原理 ， 检测 固体材料及其制 完全搅拌 焊缝厚度方 向上的材料 ， 尤其是接头下部的材料 ， 加上板 材对接 面氧化物 的存 在，在焊接后接头根部 会出现 “ 裂纹状 ” 的未 件的表面与近表 面缺 陷。渗透检测用于检测焊接件 的表面 开 口裂 焊透 缺 陷 。 纹 、 氏体钢和有色金属， 奥 具有检测速度快 、 作简便缺 陷显示 直观 操 ２４ Ｚ线 。 ． 由于焊前表面氧化膜 的存在 ， 焊后在焊缝表面可能形 且检测灵敏度较高等特点 。 渗透检测的主要不 足之处是表面粗糙度 成一层与焊缝 内部不 同的氧化物层 。 由于对接表 面氧化膜在焊接过 影响缺陷的检 出率 以及难以定量控制检验操作的程序。 程中可能未被完全搅拌打碎 ， 氧化物颗粒沿着晶界 分布残 留在焊缝 Ｋｎｈ ｎ ｉ ｅ 研究 了在蚀刻条件 下对 Ｆ Ｗ 测试板材进行渗透检查 ， ｃ Ｓ
铝合金焊接缺陷原因与解决要求措施
提高气体纯度。
不得使用压力达不到要求的气体。
3.焊丝污染
使用清洁和干燥的焊丝。
消除焊丝在送丝装置中或导管中黏附上的润滑剂。
4.焊件污染
焊前清除焊件表面的油脂、漆和尘土等杂质。
5.电弧电压太高或焊接速度太快
减小电弧电压或降低焊接速度。
6.焊件距离太大
减小焊丝伸出长度。
7.环境湿度较大
工作环境不要潮湿，做好雨季防护，控制湿度。
4.导电嘴磨损严重
更换新导电嘴。
咬边
1.焊接速度过高
降低焊接速度。
2.电弧电压太高
降低电弧电压。
3.电流过大
降低送丝速度。
4.停留时间不足
增加在熔池边缘的停留时间。
5.焊枪角度不正确
改变焊枪角度使电弧力推动金属流动。
未熔合
1.焊缝区表面有氧化膜
在焊前清理焊缝区表面上的氧化皮或杂质。
2.热输入不足
提高送丝速度和电弧电压，减小焊接速度。
3.焊接熔池太大
减小电弧摆以减小熔池体积。
4.焊接操作技术不合适
采用摆动技术时应在靠近坡口面的熔池边缘短时停留。
焊丝应指向熔池的前沿。
5.接头设计不合理
坡口角度应足够大，以便减小焊丝伸出长度（增大焊接电流），使电弧直接加热熔池底部及坡口侧面。
6.焊接电流偏低
适当增大焊接电流。
未焊透
1.坡口形式不合适
8.环境风速较大
做好挡风装置。
裂纹
1.焊缝的深宽比太大
增大电弧电压或减小焊接电流以加宽焊道而减小熔深。
2.焊道太窄（特别是角焊缝和底层焊道
减慢行走速度以加大焊道的宽度和焊道的横截面。
3.焊道末端的弧坑冷却过快
铝合金焊接缺陷分析及预防
铝合金焊接缺陷分析及预防铝合金焊接缺陷分析及预防1、焊缝尺寸不符合要求主要是指焊缝宽窄不一、高低不平、余高不足或过高等。
焊缝尺寸过小会降低焊接接头的强度；尺寸过大将增加结构的应力和变形，造成应力集中，还增加焊接工作量。
焊接坡口角度不当或装配间隙不均匀，焊接电流过大或过小，运条方式或速度及焊角角度不当等均会造成焊缝尺寸不符合要求。
2、咬边由于焊接参数选择不当，或操作工艺不正确，沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷即为咬边。
咬边使母材金属的有效截面减小，减弱了焊接接头的强度，而且在咬边处易引起应力集中，承载后有可能造成在咬边处产生裂纹，甚至引起结构的破坏。
产生咬边的原因主要有操作方式不当，焊接规范选择不正确，如焊接电流过大、电弧过长、焊条角度不当等。
咬边超过允许值应予以补焊。
3、焊瘤焊接过程中，熔化的金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上，所形成的金属瘤即为焊瘤。
焊瘤不仅影响焊缝外表的美观，而且焊瘤下面常有未焊透缺陷，易造成应力集中。
对于管道接头来说，管道内部的焊瘤还会使管内的有效面积减小，严重时使管内产生堵塞。
焊瘤常在立焊和仰焊时产生，焊缝间隙过大，焊条角度和运条方法不正确、焊条质量不好、焊接电流过大或焊接速度太慢等均可引起焊瘤的产生。
4、烧穿焊接过程中，熔化的金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷称为烧穿。
烧穿常发生于打底焊道的焊接过程中。
发生烧穿，焊接过程不能继续进行，是一种不能允许存在的焊接缺陷。
造成烧穿的主要原因是焊接电流太大焊接速度过低、坡口和间隙太大或钝边太薄以及操作不当等。
为了防止烧穿，要正确设计焊接坡口尺寸，确保装配质量，选用适当的焊接工艺参数。
单面焊接可采用加铜板或焊剂垫等办法防止熔化金属下塌及烧穿。
手工电弧焊接薄板时，可采用跳弧焊接法或续灭弧焊接法。
5、未焊透焊接时接头根部未完全熔透的现象称为未焊透，未焊透常出现在单面焊的根部和双面焊的中部。
未焊透不仅使焊接接头的机械性能降低，而且在未焊透处的缺口和端部形成应力集中点，承载后会引起裂纹。
搅拌摩擦焊焊接缺陷的研究
焊接 专题综述 Feature A rticle
能是在焊缝中形成隧道型缺陷 。 搅拌摩擦焊缺陷的产生是多种因素共同作用的结
果 ,对于不同的焊接过程及被焊材料 ,各种因素是相互制 约的。现有的研究仅就某个因素单独作用进行了探索 , 对于各个因素相互作用关系的研究还有待于进一步深入 。
3 搅拌摩擦焊接头缺陷的检测手段
搅拌摩擦焊接头中的缺陷具有明显的紧贴和微细 特点 ,通常采用 X射线 、超声无损检测以及金相观察等 方法进行检测 。
刘松平等人 [ 19 ]研究了 X 射线和超声检测对 FSW 缺陷的检测能力和可检测性 ,并采用光学观察方法对 无损检测 结 果 和 缺 陷 判 别 方 法 进 行 了 验 证 和 对 比 分 析 。结果表明 ,高分辨率超声反射法对搅拌摩擦焊接 头微细缺陷 (如微细孔洞 )有较好的检测能力 ,并研究 了采用变入射角超声反射法解决搅拌摩擦焊焊缝区不 同取向缺陷的无损检测 。通过计算分析超声波在焊缝 区的声波入射角 、缺陷取向和缺陷紧贴性对声波反射 影响 ,确定入射声波的角度变化范围 ,通过改变入射角 获取入射声波在缺陷处的最佳声学反射方向 ,提高入 射声波对不同取向缺陷的检出能力 [ 20 ] 。
过热或者塑性材料流动不足都会导致缺陷的形成 。焊 缝顶部同 时 受 到 搅 拌 针 和 轴 肩 的 强 烈 摩 擦 和 搅 拌 作 用 ,即使焊接速度非常高或者搅拌头的转速不够高 ,仍 然能够保证一定的热输入而形成无缺陷的连接 ; 焊缝 中部只受到搅拌针的摩擦搅拌作用 ,其热输入小于顶 部 ,但其热量的输出也小于顶部和底部 ,因此总的热量 吸收要大于顶部和底部 ,材料软化程度最高 ;输入焊缝 底部的热量最少而输出最大 ,所以当工艺参数选择不 当或焊具尺寸不合适时 ,焊缝底部将出现焊接缺陷 [ 9 ] 。 1. 1 孔 洞
搅拌摩擦焊接头缺陷检测与修复方法
搅拌摩擦焊接头缺陷检测与修复方法中图分类号：T341 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）11-0048-011 缺陷的检测方法铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷具有紧贴、细微、取向复杂等特点，增加了缺陷无损检测的难度，目前的检测方法主要有：超声检测、射线探伤、涡流探伤、激光干涉等检测方法。
1.1 超声检测法超声检测技术是基于声波在材料中的传播路径与材料的均匀性有关，当声波的传播路径上出现缺陷时，就会改变原来的传播特性，产生反射、折射和波形转换。
超声检测技术是目前应用于搅拌摩擦焊接头缺陷检测的一种理想的无损检测方法，也是应用最广泛的一种方法，具有灵敏度和检出率高、缺陷定位准确等优点。
超声波定性检测缺陷的方法主要有波形判别法、回波相位法、频谱分析法、超声C和B 扫描法等[1]。
刘松平[2]等人研究了利用超声反射法检测搅拌摩擦焊缝区不同取向的缺陷。
通过计算分析超声波在焊缝区的声波入射角、缺陷取向和缺陷紧贴性对声波反射的影响，确定入射声波的角度变化范围，通过改变入射角获取入射声波在缺陷处的最佳声学反射方向，提高入射声波对不同取向缺陷的检出能力。
检测结果表明，该法可以有效地检出铝合金搅拌摩擦焊缝区不同取向焊接缺陷，是解决搅拌摩擦焊缝区微细和紧贴型缺陷无损检测的一种可行的方法。
另外，利用高分辨率超声波在缺陷的反射回波信号波形（即频谱）的不同，还可以区分缺陷的性质或类型。
徐蒋明[3]等人通过超声波检测中的前后扫查和左右扫查获取缺陷的超声波回波动态波形，分别描述了铝合金搅拌摩擦焊焊缝的包铝陷入缺陷、隧道孔缺陷和未焊透缺陷的动态波形特点，并分析了各缺陷动态波形形成的原因。
结果表明三种缺陷左右扫查的动态波形相似；隧道孔缺陷的前后扫查动态波形具有自身特征，而包铝陷入缺陷和未焊透缺陷的前后扫查动态波形具有光滑平面反射体的前后扫查的动态波形特征，需要辅助以其他手段来区分这两种缺陷并对其定性。
1.2 X射线检测法X射线检测方法基于射线束穿过缺陷区引起的能量衰减原理，利用合理感光材料或用记录仪器记录这种能量衰减，以灰（黑）度变化来评定缺陷的存在。
搅拌摩擦焊的缺陷类型及其检测技术探析
搅拌摩擦焊的缺陷类型及其检测技术探析随着工业科技的发展，工程制造对焊接工艺提出了更高的要求，搅拌摩擦焊作为一种高质量的焊接技术，被广泛应用在航空制造领域。
但在焊接过程中，可能会出现孔洞、沟槽等焊接缺陷，严重制约着该项技术的推广，文章就搅拌摩擦焊的缺陷类型和检测技术进行了深入剖析，实1 概述随着科学技术的快速发展，搅拌摩擦焊技术得到了快速发展，已经在很多领域得到广泛应用，并发挥着非常重要的作用，尤其在航空制造业领域得到广泛应用。
该技术自上世纪九十年代初问世以来，得到了世界各国相关行业的重视，不断加大对其技术的研究力度，从而使该工艺技术得到了迅速发展，以高质量焊接技术被迅速推广应用开来。
但该项技术在工艺参数选择不当时，还是会出现孔洞、沟槽等等焊接缺陷。
基于此，文章首先对搅拌摩擦焊工艺特点、应用领域进行了简要介绍，进而对搅拌摩擦焊接中可能出现的缺陷进行了深入研究，并对缺陷的形成原因进行了剖析，在文章的最后对检测缺陷的技术方法做了进一步总结研究，以便能够使人们对搅拌摩擦焊的缺陷类型和检测技术有更为详细的认识，同时也使搅拌摩擦焊技术充分发挥出其应有的作用和价值。
2 搅拌摩擦焊技术2.1 搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊自1991年在英国焊接研究所问世以来，以高质量焊接效果被各工程制造企业所追捧，在近几十年得到快速发展，成为了一种较为成熟的低熔点合金焊接技术。
在传统焊接技术中，由于焊接温度较高，对低温合金材料焊接时，会因材料熔化而造成热裂缝等焊接缺陷，但在搅拌摩擦焊接过程中，由于焊接温度始终低于材料的熔点，可以实现低温焊接，这一焊接效果解决了低温合金焊接的难题，在低熔点有色金属焊接中，可以应用于接头焊接和不同焊接位置的连接。
2.2 工艺特点搅拌摩擦焊技术在经过近几年的快速发展，工艺逐渐完善成熟，在焊接过程中，省去了传统焊接中的焊条、保护气等消耗性材料，实现了绿色焊接，另外在焊接效果方面，以低损伤、高强度的优点，被称为是焊接领域的革命性改变。
搅拌摩擦焊接5083铝合金焊缝缺陷分析
２ ０ｍｍ×８ ｒ ５ ０ｔ ｎ×４ ｍｍ（ × 宽 × 厚 ） 焊 接 设 备 ｕ 长 ．
为小 型搅 拌 摩 擦 焊 机 ， 拌 头 轴肩 直 径 ２ 搅 ２ ｍｍ， 设 计 为光 滑 凹槽 形 状 ， 拌针 设 计 为 带有 螺 纹 的 圆 台 搅 形状 ， ３ ４ｍｍ， 轴肩 处直 径 ７ｍｍ， 长 ． 近 另一 端直 径 ６ｍｍ． 接 速 度 为 ８ 焊 ０ ｍｍ／ ｎ 转 速 分 别 为 ２ ０ ｍｉ ， ５， ３ ０ ５ ０ ７ ０ １ ０ ， ４ ０ ｒｍｉ， 接 倾 角 ３ ， 压 ５ ，０ ，０ ，０ ０ １０ ／ ｎ 焊 。下
拉伸 试 样 沿 垂 直 焊缝 的 横 向切 割 ， Ｇ ／ 按 Ｂ Ｔ ２ —０ ２制 备． 缝 摩擦 面及 横 截 面 经 打磨 及 抛 ２ ８２ ０ 焊
搅拌 头尺 寸及形 状 和 焊 接参 数 （ 速 、 焊 转速 、 倾
角及 下压量 ） Ｆ Ｗ 工 艺 的 主要 控制 因素． 拌 头 是 Ｓ 搅 设计 不合理 或焊 接参数 不恰 当都会 导致 焊缝 缺陷 的
量 ０ ５ｍｍ． ．
转着 插入被 焊 工件 ， 拌 头 和 被焊 材 料 之 间 的摩 擦 搅
产生 了摩擦 热 ， 材料 热塑化 ， 使 当搅 拌工具 沿着 待 焊
界 面向前移 动 时 ， 热塑 化 的 材料 由搅 拌 头 的前 部 向
后部转 移 ， 且在 搅拌 工具 的机械锻 造作 用下 ， 现 并 实 工件 间 的固相连 接．
材
料
研
究
与
应
用
图 ６为焊 核 区孔 洞 的放大形 貌． ６（） 图 ａ 可看 到
由式 （ ） 知 ， 其 它焊 接 参 数不 变 时 ， 转 速 １可 在 低 导致 热输 入不 足 ， 而影 响 材料 的塑性 流 动 及材 料 进
搅拌摩擦焊搭接hook缺陷研究现状
作者简介：张方元（1987-），男，吉林长春人，本科，主要从事铝合金及其加工工艺研究。
收稿日期：2023-05-08搅拌摩擦焊搭接hook 缺陷研究现状张方元，侯方军，唐强，何海（中铝特种铝材（重庆）有限公司，重庆401326）摘要：搅拌摩擦焊搭接hook 缺陷是材料焊接过程中由于材料受热及物理畸变变形形成的固有物理缺陷，在焊接构件使用过程中对构件静态及动态性能影响大。
本文从hook 缺陷表现形貌及形成原因出发，综述了新型连接技术搅拌摩擦焊在搭接接头中缺陷成型机理，分析了搅拌摩擦焊焊接材料搭接焊接时材料的配置位置、焊接刀具形貌及长度以及焊接工艺参数等对hook 缺陷形貌及尺寸的影响，结合国内外研究现状简述了hook 缺陷对焊接接头静态力学性能及动态裂纹敏感性的影响程度，并就目前影响因素情况对后期该缺陷改进提出了相关建议。
关键词：搅拌摩擦焊；搭接接头；hook ；新连接技术中图分类号：TG453+.9文献标识码：A文章编号：1005-4898（2023）06-0003-04doi：10.3969/j.issn.1005-4898.2023.06.010前言搅拌摩擦焊是一种革命性的固态焊接新型连接工艺技术，该技术由英国焊接研究所（TWI ）于1991年发明。
与传统焊接工艺相比，搅拌摩擦焊在焊接过程中产生的热量更少，加热温度更低（焊接温度低于熔化温度），大大降低了残余应力，因此广泛应用于化工、核能、航空航天、交通运输、发电和电子工业等领域。
搅拌摩擦焊搭接焊缝因对原材料尺寸公差要求低，可更好代替铆接工艺，常用于材料熔点相差大、线膨胀系数不同、导热率及比热容不同、焊接接头组织不同等异种合金连接[1-2]。
在搅拌摩擦焊搭接过程中，金属间存在物理界面，焊接过程中金属由于受热在焊缝边缘会产生畸变，形成向上或者向下的物理变形-“hook ”。
根据ISO 25239标准中的搭接焊接工艺特性，该变形定义为需要设计限定的焊接缺陷，随着搅拌摩擦焊技术应用的推广，hook 缺陷研究逐渐进入国内外研究者视野。
铝合金搅拌摩擦焊隧道型缺陷的研究及控制措施
综上，接头结构不是造成6082对接板材隧道缺 陷出现的原因。
第二，焊接热量分析。搅拌头旋转速度和焊接 速度是焊接过程中最常的调节参数，它直接关系到 焊接过程中的产热情况。一般来说，搅拌头旋转速 度越大，焊接过程产热越多；焊接速度越大，单位 长度焊缝获得热量越小。搅拌摩擦焊接过程的热输 入qE可以用公式表示
焊接技术
铝合金搅拌摩擦焊隧道型缺陷的 研究及控制措施
中车唐山机车车辆有限公司 （河北 063035） 陈晓霞 张艳辉 王陆钊 李充 马永志
【摘要】本文通过6082对接板材及6005A对搭接型材接头进行搅拌摩擦焊接试验，对搅拌摩擦焊隧道型 缺陷进行研究。采用射线探伤、宏观金相试验及微观金相试验方法，通过对缺陷形貌及特征进行分析，采
首先，6082对接板材隧道缺陷分析。第一，结 构分析。当试件之间留有过大间隙时，常会在焊缝 中间发现隧道型缺陷，由于间隙的存在使得焊缝中 塑性金属数量减少，在没有塑性金属不断补充的情 况下，只能在焊缝中形成隧道型缺陷。由于6082板 材对接试验间隙已经控制在0.1mm以内，间隙不是 影响隧道型缺陷的原因。
隧道型缺陷形成的根本原因是焊缝区域没有足 够的塑性状态金属填充，造成没有足够塑性状态金 属的原因有两点：一、接头结构对塑性金属的包拢 作用不足，造成塑性金属流失没有有效的塑性金属 回填到焊缝区域；二、焊接热量不足，没有形成足 够的塑性金属。所以，从上述两方面出发，分别对 6082对接板材试验及6005A对搭接型材试验过程中 形成的隧道型缺陷进行分析。
用调整焊接参数的措施解决了6082对接板材焊缝中隧道型缺陷问题；采用加强型材包拢结构、优化搅拌头 结构、调整焊接参数的措施解决了6005A对搭接型材焊缝中隧道问题。
铝合金焊接常见缺陷及解决措施
铝合金焊接常见缺陷及解决措施一、强的氧化能力铝与氧的亲和力很强，在空气中极易与氧结合生成致密而结实的AL2O3薄膜，厚度约为0．1μm，熔点高达2050℃，远远超过铝及铝合金的熔点，而且密度很大，约为铝的1．4倍。
在焊接过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，并易造成夹渣。
氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝生成气孔。
这些缺陷，都会降低焊接接头的性能。
为了保证焊接质量，焊前必须严格清理焊件表面的氧化物，并防止在焊接过程中再氧化，对熔化金属和处于高温下的金属进行有效的保护，这是铝及铝合金焊接的一个重要特点。
具体的保护措施是：1、焊前用机械或化学方法清除工件坡口及周围部分和焊丝表面的氧化物；2、焊接过程中要采用合格的保护气体进行保护；3、在气焊时，采用熔剂，在焊接过程中不断用焊丝挑破熔池表面的氧化膜。
二、铝的热导率和比热大，导热快尽管铝及铝合金的熔点远比钢低，但是铝及铝合金的导热系数、比热容都很大，比钢大一倍多，在焊接过程中大量的热能被迅速传导到基体金属内部，为了获得高质量的焊接接头，必须采用能量集中、功率大的热源，有时需采用预热等工艺措施，才能实现熔焊过程。
三、线膨胀系数大铝及铝合金的线膨胀系数约为钢的2倍，凝固时体积收缩率达6．5%－6．6%，因此易产生焊接变形。
防止变形的有效措施是除了选择合理的工艺参数和焊接顺序外，采用适宜的焊接工装也是非常重要的，焊接薄板时尤其如此。
另外，某些铝及铝合金焊接时，在焊缝金属中形成结晶裂纹的倾向性和在热影响区形成液化裂纹的倾向性均较大，往往由于过大的内应力而在脆性温度区间内产生热裂纹。
这是铝合金，尤其是高强铝合金焊接时最常见的严重缺陷之一。
在实际焊接现场中防止这类裂纹的措施主要是改进接头设计，选择合理的焊接工艺参数和焊接顺序，采用适应母材特点的焊接填充材料等。
四、容易形成气孔焊接接头中的气孔是铝及铝合金焊接时极易产生的缺陷，尤其是纯铝和防锈铝的焊接。
氢是铝及铝合金焊接时产生气孔的主要原因，这已为实践所证明。
铝合金搅拌摩擦焊缺陷及修补方法
工艺 因素存在 不 一 致 等 原 因 ，也 会 在 车 辆产 品生 产 中产 生一些 缺 陷 ，随着 该 项 技 术 在 铝 车体 制 造 上 的推广 应用 ，对 搅 拌 摩 擦 焊 缺 陷 的控 制 和处 理 已成 为轨 道 车辆 铝 合 金 车 体 生 产 中考 虑 的 问题 ， 也是 完善 铝 合 金 车 体 搅 拌 摩 擦 焊 工 艺 的 重 要 环 节 。
文 中着重 分 析 了搅 拌 摩擦 焊缺 陷分 析及 处理 方法 ，为 加快 搅拌 摩 擦 焊 技 术 在 铝 合金 车体 的推 广应 用 提供依 据 。
１ 搅 拌 摩 擦 焊 技 术 特 点
搅拌 摩擦 焊 是 一 项 相 连 接技 术 ，该技 术 通
收 稿 日期 ：２０１６－０２—２５ 基 金 项 目 ：长春 市 重 大科 技攻 关 项 目（２０１３０３５）；长春 轨 道客 车股 份 有 限公 司技 术 开发 项 目（Ｊ００００００００１８Ｋ） 作 者 简 介 ：王大 臣 （１９８１一 ），男 。汉族 ，山 东 齐 河 人 ，长 春 轨 道 客 车 股 份 有 限公 司 高 级 工 程 师 ，主 要 从 事 轨 道 车 辆 车 体 焊 接 工 艺 和 理
化 检 验 方 向研 究 ，Ｅ—ｍａｉｌ：ｗａｎｇｄａｃｈｅｎ＠ ｃｃｃａｒ．ｃｏｍ．ｃｎ．
Ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ ａｌｕｍ ｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗ ｅｌｄｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｐａｉｒ ｍｅｔｈｏｄ
Ｗ ＡＮＧ Ｄａｃｈｅｎ
（ＣＲＲ Ｃ Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｒ ａｉｌｗ ａｙ Ｖ ｅｈｉｃｌｅｓ Ｃｏ．Ｌｔｄ．， Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００６２，Ｃ ｈｉｎａ）
2219铝合金搅拌摩擦焊焊缝夹杂的形成原因分析与控制
2219铝合金搅拌摩擦焊焊缝夹杂的形成原因分析与控制0 前言2219铝合金是一种Al-Cu系高强铝合金，Cu含量为 5.8%～6.8%，其强化相主要为θ′、θ″、θ（Al2Cu），具有优良的高低温（-250～250℃）力学性能、断裂韧性、抗应力腐蚀性能、焊接性能，因此广泛应用于航空、航天、军事等领域[1-2]。
作为运载火箭燃料贮箱制造的理想材料，2219铝合金目前已经取代2A14铝合金成为我国新一代运载火箭贮箱制造的主要材料[3-5]。
HPV的E6、E7区基因编码的病毒蛋白为重要的致癌因子，某些特定基因变异与宫颈疾病进展相关[7-8]。
Chen等[9]通过对感染HPV18的453例宫颈癌病例和236例对照的分析研究，未能发现HPV18变异谱系分布上有显著差异，也未找到HPV18的各变异谱系在宫颈腺癌和宫颈鳞癌病例分布中有显著差异的相关证据。
Pérez等[10]提出西班牙宫颈病变病例中，感染HPV18 B系变异株较A系有较高可能性进展为CINⅢ。
本次研究得到病毒株属于HPV18谱系A的A1亚系，目前尚无研究说明HPV18的A系毒株变异与宫颈疾病相关。
搅拌摩擦焊（friction stir welding，FSW）是一种新型的固相连接技术，可以彻底避免铝合金熔化焊常见的气孔、裂纹等焊接缺陷，同时相比熔化焊获得的接头强度更高[6-9]。
但是当搅拌摩擦焊工艺参数不合理或焊前被焊板材表面清理不彻底时，会产生沟槽、隧道、孔洞、未焊透、夹杂等焊接缺陷[10]。
一般情况下夹杂是因外来物质残留在焊缝中形成的。
然而在生产过程中发现，即使在2219铝合金焊前对接面、垫板清理干净，未发生背部扎穿的情况下，焊缝的X射线底片中仍然会出现一种月牙状夹杂，导致产品返修，影响生产进度。
因此，分析夹杂的形成原因进而提出消除夹杂的方法对提升产品质量和可靠性具有重要意义。
本文通过分析夹杂的分布特征、微观形貌及化学成分，结合焊接试验等手段确定了缺陷的形成原因和机理，并研究了夹杂对接头拉伸性能的影响，为2219铝合金搅拌摩擦焊生产应用提供理论指导。
铝合金焊接缺陷原因与解决措施
铝合金焊接缺陷原因与解决措施————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:焊接外观检验标准对照图焊缝不合格焊缝合格焊缝咬边焊缝搭接不够到位且发黑焊缝凹坑。
处理:补焊。
焊缝合格焊缝不合格，熔合不良。
焊焊缝缝未不搭合接格焊缝鱼鳞纹不够密实焊缝直线度超差焊缝接头过宽焊缝背面焊漏、焊瘤焊前清理不彻底，焊缝发黑焊缝高凸较大焊缝不合格电流大焊缝气孔焊缝凹陷字头不合格有烧钨隐患焊缝不合格焊接缺陷的成因与解决措施缺陷种类成因解决措施气孔1．保护气体覆盖不足增加保护气体流量，排除焊接区的空气（保护不足）。
减小保护气体流量或增大喷嘴尺寸，以防卷入空气。
消除气体喷嘴内壁的飞溅。
避免周边环境的空气流动太大破坏气体保护。
降低焊接速度。
适当减小喷嘴到焊件的距离。
焊接结束时应在熔池凝固之后再移开焊枪喷嘴。
2．保护气体不纯提高气体纯度。
不得使用压力达不到要求的气体。
3.焊丝污染使用清洁和干燥的焊丝。
消除焊丝在送丝装置中或导管中黏附上的润滑剂。
４.焊件污染焊前清除焊件表面的油脂、漆和尘土等杂质。
5.电弧电压太高或焊接速度太快减小电弧电压或降低焊接速度。
6.焊件距离太大减小焊丝伸出长度。
7.环境湿度较大工作环境不要潮湿，做好雨季防护，控制湿度。
８.环境风速较大做好挡风装置。
裂纹1.焊缝的深宽比太大增大电弧电压或减小焊接电流以加宽焊道而减小熔深。
2.焊道太窄(特别是角焊缝和底层焊道减慢行走速度以加大焊道的宽度和焊道的横截面。
3.焊道末端的弧坑冷却过快利用衰减控制以减小冷却速度。
适当的填充弧坑。
在完成焊缝顶部焊道时，采用分段退焊技术。
４.焊丝化学成分与工件不匹配选择与线材匹配的焊丝。
夹渣1.焊缝有杂质在焊后续焊道之前清除掉焊缝的渣子。
２.行走速度过大（氧化膜型减小行走速度。
夹渣物)３.熔池流动性差、深渣浮不出来选择较大电流。
飞溅1.电弧电压过低或过高根据焊接电流仔细调节电弧电压。
铝焊常见缺陷及原因
铝焊常见缺陷原因及措施（一)焊接缺陷种类常见的缺陷主要有焊缝成形差、裂纹、气孔、烧穿,未焊透、未熔合、夹渣等.1、焊缝成形差产生原因：焊接规范选择不当;焊枪角度不正确；焊工操作不熟练；导电嘴孔径太大；焊接电弧没有严格对准坡口中心；焊丝、焊件及保护气体中含有水分.焊缝成形差主要表现在焊缝波纹不美观，且不光亮；焊缝弯曲不直，宽窄不一，接头太多;焊缝中心突起,两边平坦或凹陷；焊缝满溢等。
2、气孔产生原因：氩气纯度低或氩气管路内有水分、漏气等;焊丝或母材坡口附近焊前未清理干净或清理后又被污物、水分等沾污；焊接电流和焊速过大或过小；熔池保护欠佳，电弧不稳，电弧过长，钨极伸出过长等.焊接时熔池中的气孔在凝固时未能逸出而留下来所形成的空穴称为气孔。
在MIG焊接过程中,气孔是不可避免的，只能尽量减少它的存在。
在培训的过程中，仰角焊、立向上焊气孔倾向尤为明显,根据DIN30042标准规定,单个气孔的直径最大不能超过0.25α（α为板厚)，密集气孔的单个直径最大不超过0。
25+0.01α(α为板厚）.氢是铝及铝合金熔化焊产生气孔的主要原因。
氮不溶于液态铝,铝又不含碳，因此铝合金中不会产生氮气孔和一氧化碳气孔；氧和铝有很大的亲和力，总是以氧化铝的形式存在，所以也不会产生氧气孔;氢在高温时大量的溶于液态铝，但几乎不溶于固态铝，所以在凝固点溶于液体中的氢几乎全部析出，形成气泡。
但铝和铝合金的比重轻,气泡在熔池中的上升的速度较慢，加上铝的导热能力强凝固，不利于气泡的浮出，故铝和铝合金易产生气孔，氢气孔在焊缝内部一般呈白亮光洁状。
氢的来源比较多，主要来自弧柱气氛中的水、焊丝以及母材所吸附水分对焊缝气孔的产生常常占有突出的地位。
厂房空气中的湿度也影响弧柱气氛。
MIG焊接时，焊是以细小熔滴形式通过弧柱而落入熔池的，由于弧柱温度最高，熔滴比表面积很大，故有利于熔滴金属吸收氢,产生气孔的倾向也更大些。
弧柱中的氢之所以能够形成气，与它在铝合金中的溶解度变化有。
搅拌摩擦焊常见缺陷及其无损检测技术-最新文档资料
搅拌摩擦焊常见缺陷及其无损检测技术搅拌摩擦焊( Friction Stir Welding )作为一种新型固态焊接技术，自1991 年诞生以来，其研究与应用已取得突飞猛进的发展，现已在国外诸多工程制造领域得到广泛应用。
目前，国内主要航空制造企业已陆续引进了该技术，由于焊接过程中焊缝温度始终低于被焊材料的熔点，可避免传统熔焊方法易产生的气孔和热裂纹等缺陷，因而特别适合于传统熔焊方法难以实现的铝合金等低熔点有色金属及其合金的焊接。
尽管搅拌磨擦避免了传统熔焊易产生的缺陷，但由于该技术自身特点以及工艺参数选取不当等因素影响依然会产生一些特征不同于熔焊方法的缺陷。
针对这一问题，本文对搅拌摩擦焊的几种常见缺陷以及无损检测技术进行探讨，以供业内相关人员参考。
1搅拌摩擦焊常见缺陷的产生原因搅拌摩擦焊的常见缺陷可分为三种基本类型：未充分填充、未焊透、根部不连续。
1.1未充分填充焊接过程中，焊缝中受到热- 机联合作用的塑化金属会发生流动，是搅拌摩擦焊焊缝形成的基本特征。
塑化金属的流动行为可分解为三种简化形式：塑化金属受搅拌头作用而产生圆周运动；塑化金属沿焊接方向的水平流动；塑化金属在焊缝厚度方向的流动。
若焊接参数选择不当，会造成焊接过程中塑化金属不能在搅拌头后方和焊缝厚度方向充分填充，因此沿焊缝水平方向将产生间隙。
这个会因程度的差别而有两种表现形式，当塑化金属填充效果极差时，表现为暴露于焊缝表面的沟槽；当塑化金属填充有轻微不足时，则在焊缝内部形成孔洞。
产生此类缺陷的原因主要是由于焊接参数选取不当，会导致焊接时的热输入量过高或不足所致。
当热输入过高时，焊缝金属软化程度急剧升高，与搅拌头之间的摩擦作用减弱，甚至产生相对滑移；而当热输入过低时，焊缝金属软化程度不足，同样无法充分流动。
1.2未焊透未焊透是指在焊缝底部未形成连接或不完全连接的缺陷。
未焊透的产生实际上是由于搅拌头上用来插入接合面的搅拌针长度不足或是焊接时搅拌头轴肩对被焊工件的顶锻压力不够所造成。
铝及铝合金焊接中的缺陷及原因分析.doc改
目录摘要 (2)绪论 (3)一铝及铝合金特性 (4)（一）铝及铝合金具有特殊的物理化学性能 (4)二铝及铝合金的焊接工艺方法 (4)（一）铝合金的焊接方法 (4)（二）铝及铝合金的焊接工艺方法 (5)三铝及铝合金常见焊接缺陷及原因 (8)（一）铝合金常见焊接缺陷种类 (8)（二）铝及铝合金焊接缺陷的原因分析 (10)四铝及铝合金缺陷的防治措施和解决方法 (12)五总结 (14)六致谢 (15)内容摘要随着焊接技术的飞速发展,铝及铝合金的焊接也得到了广泛的应用,由于材料本身的特殊性,也给焊工带来较大的困难,要想掌握铝及铝合金的焊接技术,在了解铝合金的基本性能、焊接特点、焊接材料、焊接设备、焊接操作方法的基础上,还要掌握避免在焊接过程中出现焊接缺陷的技能。
关键词：铝及铝合金焊接特点焊接缺陷绪论铝及铝合金是工业中应用最广泛的一类金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。
随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，焊接结构件的需求日益增多，使铝及铝合金的焊接性研究也随之深入。
铝及铝合金的广泛应用促进了铝及铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝及铝合金的应用领域，因此铝及铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。
而焊接缺陷在焊接施工过程中，做到完全避免是不可能的，缺陷来自工艺缺陷和设计缺陷两部分，工艺缺陷需要在生产过程中，进行严格的质量控制、装备和人员配置要合理化、试验和培训要按着规程去执行，如气孔、咬边、起楞、裂纹、未焊透等均定义为工艺缺陷。
设计缺陷是指结构产生的缺陷，如焊缝过密、交叉过多、焊缝板厚差过大、材料匹配不良等导致的裂纹属于设计缺陷。
工艺缺陷可以通过优化施工条件和增加工艺装备解决，设计缺陷可以通过优化结构来完成，对于结构特殊的要求和限制，可能会有一些焊缝很难焊好，如需要盲焊等操作，在这种条件下，需要进行大量的模拟培训，实现合格的焊接质量。
一、铝及铝合金特性（一）合金具有特殊的物理化学性能合金的外观呈银白色,密度小、电阻率低,热膨胀系数和导热系数大。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
●焊接技术●铝合金搅拌摩擦焊焊接缺陷分析张忠科，孙丙岩，王希靖，王丽（兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，甘肃兰州７３００５０）摘要：采用搅拌摩擦焊方法对６ｍｍ厚的２Ａ１２及３Ａ２１铝合金进行焊接。
对其焊接速度、旋转速度及压入量等工艺参数选择不当所产生的接头缺陷进行了分析；焊接缺陷的产生与焊接热输入及焊缝塑性金属的软化相关。
当热输入不足或者塑性金属的软化程度较差时都会导致焊接缺陷的形成。
关键词：搅拌摩擦焊；缺陷；２Ａ１２铝合金；３Ａ２１铝合金中图分类号：ＴＧ４５３文献标识码：Ａ文章编号：１００１－３８１４（２００６）１９－００１３－０２ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＷｅｌｄＤｅｆｅｃｔｏｆＦｒｉｃｔｉｏｎＳｔｉｒＷｅｌｄｉｎｇｏｆＡｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙＰｌａｔｅＺＨＡＮＧＺｈｏｎｇ－ｋｅ，ＳＵＮＢｉｎｇ－ｙａｎ，ＷＡＮＧＸｉ－ｊｉｎｇ，ＷＡＮＧｌｉ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂ．ｏｆＧａｎｓｕＡｄｖａｎｃｅｄＮｏｎ－ｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖ．ｏｆＴｅｃｈｎ．，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００５０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：２Ａ１２Ａｌａｎｄ３Ａ２１Ａｌａｌｌｏｙｉｎ６ｍｍｔｈｉｃｋｎｅｓｓｗａｓｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｗｅｌｄｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｗｅｌｄ．Ｔｈｅｒｅａｓｏｎｓｆｏｒｆｏｒｍｉｎｇｄｅｆｅｃｔｓ，ｗｅｌｄｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｒｏｔａｔｉｎｇｓｐｅｅｄａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｓｈｏｕｌｄｅｒ，ｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅｆｅｃｔｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｉｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｈｅａｔｉｎｐｕｔａｎｄｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙｍａｔｅｒｉａｌｆｌｏｗｉｎｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Ｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｈｅａｔｉｎｐｕｔｏｒｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙｍａｔｅｒｉａｌｓｏｆｔｅｎｉｎｇｗｉｌｌｒｅｓｕｌｔｉｎｔｈｅｊｏｉｎｔｄｅｆｅｃｔｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｗｅｌｄｉｎｇ（ＦＳＷ）；ｄｅｆｅｃｔ；２Ａ１２Ａｌａｌｌｏｙ；３Ａ２１Ａｌａｌｌｏｙ随着搅拌摩擦焊（ＦＳＷ）技术的推广，需要对其焊接工艺参数进行调整，以提高接头性能和焊接生产率；但工艺参数的调整会引起一些焊接问题，参数不当时会在接头中出现一些焊接缺陷。
本文就影响ＦＳＷ焊缝质量的工艺因素———焊接速度、旋转速度和压入量，当其参数选择不当时会使焊缝产生什么样的缺陷进行了试验和分析。
１试验用材料及方法试验采用２Ａ１２及３Ａ２１两种不同铝合金进行对接焊，２Ａ１２为加工硬化状态，３Ａ２１为退火状态。
试板尺寸为３００ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍ，焊前用砂纸除去表面氧化物，然后将其刚性固定在钢垫板上，进行ＦＳＷ焊接。
试验用搅拌头参数为：轴肩直径２４ｍｍ；搅拌针直径６ｍｍ，长５．８ｍｍ。
焊接时搅拌头倾斜角度为２°。
焊后沿焊缝横截面、纵截面方向制取截面金相试样，并用Ｋｅｌｌｅｒ’ｓ试剂对抛光后的试样进行腐蚀５０ｓ，然后在光学显微镜下对接头形貌进行观察分析。
２试验结果和分析２．１焊接缺陷与焊速当旋转速度一定时，焊接速度过快及过慢均不能得到成形良好的焊缝。
由于ＦＳＷ是一种固相连接方法，所以焊接时被焊材料并没有熔化，而是在摩擦热的作用下发生软化，焊缝处金属达到塑性状态，因而焊缝内金属的塑性状态与热输入的大小相关。
ＦＳＷ焊接中焊接热量主要来源于搅拌头与被焊工件之间的摩擦热。
当搅拌头转速一定时，由摩擦生成的热量一定，焊缝单位长度上的热输入则随着焊接速度的增加而减少，被焊金属的软化程度也就随着焊接速度的增加而变差。
若焊接速度过快就使得焊缝处金属达不到塑性状态，因而金属的流动性差，则在焊缝表面形成如图１所示的空洞。
若焊接速度过慢，则会在焊缝横截面焊核区底部形成如图２箭头所指的孔洞缺陷。
此孔洞缺陷一般沿着焊缝走向分布，从焊接开始到终止一直存在，最终形成如图３所示的隧道型缺陷。
收稿日期：２００６－０７－１７基金项目：国家自然科学基金资助项目（１０５７７０１０）作者简介：张忠科（１９７８－），男，山东济南人，博士生。
研究方向：焊接设备及其自动化，新型连接技术；电话：０９３１－２８０６８６５；Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｚｋｅ＠ｌｕｔ．ｃｎ．图２左侧为返回侧，右侧为前进侧，从图中可看出孔洞缺陷主要存在于前进侧。
孔洞形缺陷的形成主要是ＦＳＷ焊接过程中焊缝前进侧与返回侧金属的流动方式不同。
焊缝前进侧与返回侧塑性金属受到搅拌针的剪切力作用及搅拌针前方塑性金属向后的挤压力作用而流动。
在前进侧塑性金属受到搅拌针的剪切力及焊接方向的塑性金属的挤压力方向相反。
同时由于低的焊接速度降低了搅拌针前方塑性金属向后的挤压作用，因而在焊接过程中前进侧大量塑性金属被搅拌针剪切到返回侧且前方的塑性金属无法及时的填充搅拌针后方空间而形成孔洞。
而返回侧金属所受搅拌针剪切力与焊接方向的塑性金属的挤压力方向相同，焊后大量金属沉积在返回侧，因而焊接过程中的孔洞缺陷大多出现在前进侧。
２．２焊接缺陷与转速焊接速度不变，转速不同时，其焊接热输入不同。
图４为不同转速下用ＡＮＳＹＳ软件模拟出的ＦＳＷ进行到５０ｓ时被焊件表面的温度分布，可看出不同转速下被焊件上的温度差异。
转速较大时工件上任意一点的温度都比转速较小时工件上同一点的温度要高［１￣３］。
转速增加，单位时间内搅拌针周围塑性金属之间的摩擦次数增加，因而所产生的摩擦热也随着转速的增加而变大。
当热输入合适时，被焊金属达到一个很好的软化状态，在搅拌针的搅拌作用下发生充分的塑性流动，最终形成理想的焊缝。
转速过低则热输入不足，焊缝内塑性金属软化不足，就会形成如图５所示的焊缝前进侧焊核区与热力影响区的界线。
界线左侧为焊核区，晶粒为近球形的精细等轴晶，右侧为３Ａ２１防锈铝热力影响区。
由于焊接过程中焊缝前进侧塑性金属受到搅拌针的剪切力方向与焊接方向的塑性金属的挤压力方向相反，同时由于焊接热输入不足，降低了前进侧焊核区与热力影响区金属的软化程度，因而影响了金属层之间的结合而形成明显的界线。
２．３焊接缺陷与压入量为了保证焊后能得到良好的焊缝，ＦＳＷ时必需要保证一定的焊接压入量，但过多及不足的压入都会导致焊接缺陷的产生。
压入量过大，会使金属从焊缝两边溢出而形成如图６所示的飞边；压入量过小时则使得轴肩对焊缝塑性金属的压力减小，焊接过程中焊缝处的塑性金属只受搅拌针的作用而会出现轴肩旋转痕迹不连续的现象。
更重要的是，压入量过小就减少了轴肩与上表面的摩图３焊缝纵截面焊核区隧道缺陷转速为９００ｒ／ｍｉｎ转速为１２００ｒ／ｍｉｎ转速为１０５０ｒ／ｍｉｎ６００５００４００３００２００１００００１０２０３０４０５０６０７０温度／℃距焊缝中心距离／ｍｍ图４不同转速下工件表面的温度分布（焊速为１２０ｍｍ／ｍｉｎ）图５前进侧焊核与热力影响区界线１００!ｍ图２转速一定、焊速３０ｍｍ／ｍｉｎ时焊缝横截面焊核区底部形成的孔洞缺陷图１转速１３００ｒ／ｍｉｎ、焊速１１０ｍｍ／ｍｉｎ时焊缝上表面出现的孔洞缺陷擦热，而且由于搅拌作用使内部金属被搅至表面，焊缝无法填充因而形成了如图７所示的焊接缺陷，从而影响焊缝的成形。
３结论（１）搅拌头旋转速度一定，焊接速度过快与过慢时均不能得到良好的焊缝。
焊速过低使得焊缝前方塑性金属向后挤压力变小而无法填充搅拌针行走时的空腔；焊速过快，焊缝单位面积热输入减少，焊缝表面易形成孔洞缺陷。
（２）搅拌头旋转速度的大小决定ＦＳＷ时热量的大小，转速过低会使焊缝前进侧焊核区与热力影响区塑性金属流动趋势不同而易形成界线。
（３）焊接时压入量过大易产生大量的飞边，而压入量不足时则会在焊缝背面形成沟槽缺陷。
参考文献：［１］张彦富，柯黎明，孙德超，等．搅拌摩擦焊焊缝区温度分布及对材料流动的影响［Ｊ］．南昌航空工业学院学报，２００３，１７（３）：１２－１６．［２］郭瑞杰．搅拌摩擦焊温度场数值模拟［Ｄ］．兰州：兰州理工大学，２００４．［３］王希靖，郭瑞杰，阿荣，等．铝合金薄板搅拌摩擦焊温度场模拟［Ｊ］．电焊机，２００４，（增刊）：１１６－１１９．图７焊缝背面缺陷飞边图６焊缝表面的飞边缺陷车辆热交换器铝合金管的高频焊接胡瑞玲１，李志强１，解剑英２（１．湖北汽车工业学院材料工程系，湖北十堰４４２００２；２．广州高技汽车技术有限公司，广东广州５１０５４０）摘要：管材所用铝合金带料为三层复合材料，外层为Ａｌ－Ｓｉ钎料层，中间为Ａｌ－Ｍｎ芯材，内层为Ａｌ－Ｚｎ防腐层。
带材经成型机组成型后经高频焊接而成。
研究表明：采用高频焊接铝合金管焊缝成形美观、无气孔等缺陷，焊速高，焊缝微观组织均匀，是一种理想的焊接工艺。
关键词：高频焊接；铝合金管；热交换器中图分类号：ＴＧ４５８文献标识码：Ａ文章编号：１００１－３８１４（２００６）１９－００１５－０２ＨｉｇｈＦｒｅｑｕｅｎｃｙＷｅｌｄｉｎｇｏｆＶｅｈｉｃｌｅＨｅａｔＥｘｃｈａｎｇｅｒＴｕｂｅｏｆＡｌｕｍｉｎｉｕｍＡｌｌｏｙＨＵＲｕｉ－ｌｉｎｇ１，ＬＩＺｈｉ－ｑｉｎｇ１，ＸＩＥＪｉａｎ－ｙｉｎｇ２（１．Ｄｅｐｔ．ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｂｅｉａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｉｎｄｕｓｔｒｙｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｉｙａｎ４４２００２，Ｃｈｉｎａ；２．ＧｕａｎｇｚｈｏｕｇａｏｊｉａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０５４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｔｒａｐｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｔｕｂｅｉｓｔｈｒｅｅ－ｌａｙｅｒｃｏｍｐｌｅｘａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ，ｔｈｅｏｕｔｓｉｄｅＡｌ－Ｓｉｂｒａｚｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅｍｉｄｄｌｅＡｌ－Ｍｎｃｏｒｅｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅｉｎｎｅｒＡｌ－Ｚｎｒｅｓｉｓｔａｎｔｃｏｒｒｏｓｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌ．Ｔｈｅｓｔｒａｐｉｓｗｅｌｄｅｄｔｏｇｅｔｈｅｒｂｙｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗｅｌｄｉｎｇａｆｔｅｒｍｏｌｄｉｎｇｓｅｔ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｗｅｌｄｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｓｖｅｒｙｓｏｕｎｄ，ｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｓｐｅｅｄｉｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄａｌｓｏｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｗｅｌｄｉｎｇｌｉｎｅｉｓｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ．Ｉｔｉｓｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗｅｌｄｉｎｇｆｏｒｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｔｕｂｅｏｆａｌｕｍｉｎｉｕｍａｌｌｏｙｉｓａｐｅｒｆｅｃｔｐｒｏｃｅｓｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗｅｌｄｉｎｇ；ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｔｕｂｅ；ｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒ车辆热交换系统的轻量化是车辆轻量化的一个重点领域，而在该系统中，热交换器用管的轻量化是关键。