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2219铝合金搅拌摩擦焊接头断裂性能试验研究 北京航空航天大学(100083) 杜岩峰张彦华 首都航天机械公司(北京市100076)田志杰赵衍华李晓琳 摘要对2219铝合金搅拌摩擦焊接头各区域的断裂性能进行了研究。完成了接头的夏比冲击试验，并对接 头各区域冲击断口进行了分析。研究结果表明，2219铝合金搅拌摩擦焊接头的断裂呈韧性．焊核区断裂韧性最好， 热影响区和热机影响区断裂韧性无显著差异，低于焊核区断裂韧性，但均高于母材的断裂韧性。 关键词：2219铝合金搅拌摩擦焊夏比冲击断口 中图分类号：TG407，T(；453 发明的一项同相连接新技术∞】。它利用搅拌头的连续 0前 言 旋转摩擦碾压产生热量，并且伴随着强烈的搅拌作用， 2219铝合金属于Al—Cu—Mn系可热处理强化合将待焊金属连接到一起而形成焊缝。由于搅拌摩擦焊 金，是美国上世纪50年代后期开始研制的一种高强、 过程中焊接温度比较低，是一个固态焊接过程，搅拌摩 耐热、可焊铝合金。2219铝合金在低温和高温力学性擦焊工艺的这种特点能够有效避免因接头金属熔化造 能、断裂韧性、焊接性能以及抗应力腐蚀性能等方面具 成的气孔、夹杂、裂纹等冶金缺陷，因此，该项技术仅经 有明显的优势，尤其是焊接性能良好这一优势，令运载 过十多年的发展，就已在许多领域，尤其是航天领域得 贮箱设计者倍感兴趣。因此，在其问世后不久即被应 到广泛应用。由于搅拌摩擦焊的形成机理与现有的熔 用于美国雷神号航天飞机的燃料箱等航天产品生产， 焊工艺完全不同，接头的组织结构也不相同，因此搅拌 并且随着该合金的工艺日趋成熟、性能日益稳定，从上 摩擦焊接头的断裂性能相对于熔焊有其特点。文中就 世纪70年代开始，2219作为优良的贮箱结构材料被广是以航天用2219铝合金搅拌摩擦焊接头为研究对象， 泛应用并延续至今…。对于2219铝合金来说，采用常对接头的冲击断裂力学性能进行研究。 规熔焊工艺进行焊接，其气孔倾向性比较严重，易产生 1试 验 Stir 气孔缺陷，而搅拌摩擦焊技术(Friction Welding， FSw)的出现为该合金的焊接提供了良好的解决方案。 试验采用6mm厚2219铝合金试板，材料化学成 搅拌摩擦焊技术是由英国焊接研究所于1991年分及力学性能见表l‘2I。 221 表1 9铝合金化学成分与力学性能 试验采用的搅拌头轴肩直径为24mm，探针直径 焊核区、热机影响区、热影响Ⅸ以及轴肩影响区四部 为6mm，长度为5．8mm，焊接参数为旋转速度 分，形貌上宽下窄，从取样示例来看，轴肩影响区覆盖 950 r／rain，行进速度200ram／rain，搅拌头倾角为20。了其他i区，因此在试验中取焊核区、热机影响区、热 对搅拌摩擦焊接头的各区域进行取样，取样示意 影响区以及母材进行试验，其中热机影响区和热影响 图如图l所示。对于搅拌摩擦焊接头来说，通常分为 区在前进边和回撤边分别取样，取样位置如图2所示。 收稿日期：2009—09—02 法》标准进行试样加工，加工尺寸如图3所示。 2010年第3期63 俘掳试验研究旃一毋缈 冲击试验在JB30B冲击试验机上进行，每个区域 取样5个，试验温度为25℃。 采用日立S一3700N扫描电镜对断VI各区域进行 分析，观察断口形貌。 (a)母材