铝锂合金搅拌摩擦焊研究现状

焊的发展
趋势进行了展望。
1铝锂合金发展历程
合金在
出
的应用前
景，采用 合 代
合金结构 ，可以在较
大程度提高刚度的同时减轻构件的质量[21-22]&
合金的 至今已有80多 的历史，其发展历程可以
为四个阶段。
第一阶段:美国Alcoa铝业公司的2020合 功
研制,然而这一时期 合金延性低和韧性差，无
对 的 要求。
的
原因，其对激光束具有较大的反射率，因此对于激光深熔焊接过程中能量的吸收较少，这导致焊接
过程中稳定
较差以及焊接效率低下等一问题&
真空电子束焊接 （EBW）
真空电子束焊接（EBW）作为高能密度焊接的一种，其能量密度仅次于激光焊,相较于激光焊其显著 特点是焊缝相对较 热影响区较小，焊后得到的 较母材更为细小，在 合金深熔焊中更为 适用&
产生脆性相和热裂纹，焊接接头处的内部残余应力较
低,焊接后的强度 高，
稳定，接头质量比
较高。并
焊有助于简化焊接工艺流程，降
低。基于以上优点，使
焊在国内外的
合金焊接中 了 的应用和迅猛的 ，同
时在其他的各个 也 了 的应用[9-20]&
结合近年来 合金的 历程及焊接
的 进展来自百度文库详细综述了
焊在 合金
焊接过程中取得的 ，并对以
3铝锂合金搅拌摩擦焊
3.1接头温度场 大 人$25 %针对 合
焊接过程中
的度
进行了 ， 中
焊过
程中，对于焊件上任意一点来说，
与 头行进
过程中所处的
的直线与焊缝垂直， 时 .
最大热循环温度值，并在 因 头远离而迅
速下降&而焊缝的 与 ，分别由于 头的扎
入过程和提起过程的 ，导致两端点的热循环温度
低于焊缝 部位&除焊缝两端
.'尸题综:$
铝锂合金搅拌摩擦焊研究现状
杨海峰*"+,刘德博彳，王非凡彳，周利"，赵洪运+
(1.哈尔滨工业大学，先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨150001 # 2.哈尔滨工业大学(威海)，山东省特种焊接技术重点实验室，山东威海264209；
3.北京宇航系统工程研究所，北京100076)
摘要：铝锂合金具有低密度、高比强度和比刚性、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和超塑性等优点，是理
2铝锂合金熔化焊
合金在
的地位越来越重要,
应用也日趋，其相应的焊接技术也在不断的进步，
国内 者对其焊接工艺的
也越来越多，包
的 焊、束 焊
合焊、
i
焊（MIG）、变
离子弧焊（VPPA）、真 子束
焊接、TIG焊等熔化焊方法，取得了一定的成果［23 - 24］ &
而利用 的 合
焊 获得的焊接接头
总是存在 程度的锂元素烧损、接头软化、气孔、热
，焊缝 •均
稳定热循环作用&其中，焊接热循环温度最高点在
26 2019年第8期
焊缝中心，为415 C&而焊缝两侧的热循环作用不一
致，
低于前进侧7~12C&
3.2接头组织特征
姚友强［26］在研究中发现2060铝锂合金FSW接头
上表面的组织特征&搅拌区（SZ）组织为等轴晶粒组
织;热力影响区（TMAZ）的金属塑性变形比较明显，晶
新型铝锂合金:1460和Weldalite系列合金、高韧的
2097,2197合，以及高抗疲劳的C-155合 ，已分
别应用于各国
行器中。
第四阶段（现阶段）：人们提出了第四代 合金
初步构想:在持第三代 合金产品在弹性模量、疲
裂纹扩展速率
好 的基础上，欲将
所含锂（=）元素的含量降到更低，以求开发出更高
强度和断裂韧性的第四代铝锂合金&
裂纹等问题， 获优质的 合金焊接接头，限制
了 合金在
的应用&
的 合金
熔化焊
要表现见表1&
焊接方法 熔化极i弧焊（MIG）
表1铝锂合金熔化焊焊接方法特点 焊接
焊丝的熔化速度快，熔敷速度高，熔深大，焊接接头的强度高&
优点在于精准的阴极清理作用并能实现小孔焊接，既有利于焊缝的正面成形，又有利于熔池中氢的 变极性等离子弧焊（VPPA）
生扭曲拉长，而 部
生再结
（热影
响区！HAZ）的金属因为在焊接过程中只是受到一定的
热循环作用， 没有明显变化&
焊 接焊
接时，
的尺寸
有时甚至使得焊缝
想的
结构 &
焊作为一种新型的固相连接 ，应用于 合金焊接时 出制
低、
环
和接头力
好等一优点&为进一步提
焊在 合金焊接 的应用， 从
合
焊接头
的国内
进行了综述，并对未来 合
焊的
向进行
望。
关键词：铝锂合金；搅拌摩擦焊；组织性能 中图分类号：TG453.9
0 前言
合金具有低密度、高比强度、高比 、超
性和良好的
，相比于常规铝合金结构，质
量可减少10%~15%&使用 合金对 上使用
的
合金进行替代，可以 使用
合金的
艺和装备，而 与复合 相比， 合 的
形、维修 较为 ， 也 了极大的 &
因此， 合 认为是一有 结构 ， 在
的应用
的
了的
，国内相关部
构也
支持
制
[1'6]o
国外许多国家对于 合金的研制
相对于
国内 较 ， 国、
逸出&
鸨极i弧焊（TIG） 激光焊（LBW）
TIG焊技术较为成熟，具有低成本、通用性好、操作灵活、工作条件受限少等优点，被广泛应用于国内 外的 合金焊接,通常用于焊接3 mm以下的 &
激光焊利用高能量密度的激光束作为热源熔化金属形成焊接接头，它具有能量密度高、不受电磁力
的 、热 入小、热
和焊接变形小、接头的残余应力低等优点； 合 由于自
的
国 先后将 为
行器结构 的重
要内容来进行
，并
取得了 一 大进
展。
合金采用
焊工艺焊接时，接头强度极
要求，同时表面的
结合
以去除，
要进行复杂的焊接预
艺，才解决焊接过程
中产生的气孔、热裂纹等缺陷，对 合金在实际
生产上的 应用产生了 的制约[7]&
搅拌摩擦焊(Friction Stie Welding，FSW)是由英
国焊接 所(TWI)发明的一种新 态连接技
收稿日期：2019 - 02 - 26
doi: 10.12073/j. hj. 20190226003
术[8]&
焊技术的出现有效地解决了在 合
焊接过程中所出现的问题，并 够提高焊接接头
& 由于
焊在焊接过程中产生的热量较
低，使 焊接 在没有
度就
&
这样不仅 了合金中锂元素的挥发，而也不容易
第二阶段：
的迅猛发展，各
2019年第8期 25
专题综
国分别成功研制出了包括前苏联的中强度Al-Mg-
Li合
（1420,1423 ）和 国研制出的2090 ,
8090A合 。然而,这
合金制
高,各
向异
，难以经济有效地应用于
零部件中&
第三阶段:通过降低=含量， 出了一批在
水平上较以往铝锂合 合 有着较大幅度提升的