铝合金搅拌摩擦焊力的周期性波动特征与机制

作者：康粟; 李冬晓; 李晓光; 管卫; 武少杰; 崔雷^*

来源：机械工程学报, 2022, 58(12): 55-63.

• 铝合金
• 搅拌摩擦焊
• 三分力
• 周期性波动

利用三分量力传感器测得了8mm厚5A06-H112铝合金搅拌摩擦焊过程中的轴向压力(Fz)、前进阻力(Fx)、侧向力(Fy)信号，着重分析了力周期性波动的规律及其与焊接缺陷的关系。研究发现：在稳定焊接过程中，Fx和Fy均呈现了周期性波动，波动频率与搅拌头的旋转频率一致；Fy波形滞后于Fx，相位差为π/2;Fz波动较小。Fx和Fy的均值随搅拌头转速的提高而降低，随焊接速度的增加而升高。在一定工艺参数范围内，焊接缺陷与Fx和Fy波动特征有良好的对应关系：当焊缝中无孔洞缺陷时，Fx与Fy值域无重叠且波形接近正弦波；当焊缝中存在孔洞缺陷时，Fx与Fy值域部分重叠且波形发生畸变。模拟分析表明，搅拌头偏心为0.01 mm时，Fx呈现周期性波动，搅拌头不存在偏心时，Fx未呈现周期性波动，因此认为搅拌头的偏心旋转是造成Fx呈周期性波动的主要原因，而且搅拌头偏心旋转导致了周围材料应力场和流场的周期性变化。随着搅拌头的持续旋转和进给，形成了周期性的焊缝内部组织和表面成形。

• 单位
  北京卫星制造厂有限公司; 沈阳黎明航空发动机有限责任公司; 天津大学