合金鋁板材料已廣泛應(yīng)用于汽車制造等多個(gè)領(lǐng)域，其對(duì)減輕汽車質(zhì)量有很大幫助。鋁可代替兩倍質(zhì)量的鋼或鐵，每使用一磅鋁材就能減少9.07 kg 的CO2 排放。通過合理的設(shè)計(jì)，在汽車制造上用鋁代替鋼后，汽車質(zhì)量每減輕10%，燃油消耗就能節(jié)省約6%～8%[1]。
汽車覆蓋件的外板通常使用6000 系列合金鋁板，板材厚度1.0～2.0 mm，其優(yōu)點(diǎn)是成形后不出現(xiàn)拉伸應(yīng)變表面缺陷。當(dāng)采用傳統(tǒng)的電阻點(diǎn)焊焊接鋁材時(shí)，電極壽命較低，而伴隨電極的變質(zhì)容易產(chǎn)生焊接缺陷，焊接質(zhì)量明顯下降。攪拌摩擦點(diǎn)焊FSSW（Friction Stir Spot Welding）是為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)電阻點(diǎn)焊技術(shù)的不足，由某公司研發(fā)的新型焊接技術(shù)。其接頭表面質(zhì)量好、光滑、無缺陷，剪切強(qiáng)度不低于電阻焊，而且大幅度降低了加工能耗和成本，若將目前的電阻點(diǎn)焊設(shè)備改造為合金鋁板攪拌摩擦點(diǎn)焊設(shè)備后能量消耗減少了99%，設(shè)備投資節(jié)省了40%[3]。因此，本試驗(yàn)利用回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)，研究不同的焊接工藝參數(shù)對(duì)6061-T6合金鋁板焊接接頭的組織及力學(xué)性能的影響。
1. 試驗(yàn)材料及方法
焊接對(duì)象為6061-T6 合金鋁板板材，板材尺寸為140 mm×50 mm×2 mm，焊接前需去除表面氧化層，焊接方式為搭接。以轉(zhuǎn)速、下扎時(shí)間、回填時(shí)間、下扎深度為變量，進(jìn)行多組不同試驗(yàn)。試驗(yàn)參數(shù)的選擇通過正交試驗(yàn)來進(jìn)行，正交試驗(yàn)如表1 所示。按照試驗(yàn)組數(shù)，每組參數(shù)做5 個(gè)試樣，焊后觀察接頭宏觀形貌，取3 個(gè)做力學(xué)剪切，2，而后根據(jù)數(shù)據(jù)分析，得出優(yōu)參數(shù)。
2. 試驗(yàn)結(jié)果及分析
表1為各組試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的剪切強(qiáng)度，其數(shù)值為每組3 個(gè)試樣剪切強(qiáng)度的平均值。根據(jù)這25 次試驗(yàn)結(jié)果來分析因素各水平對(duì)剪切強(qiáng)度的影響。轉(zhuǎn)速1 800 rpm 的是第1、2、3、4、5 號(hào)試驗(yàn)，其剪切強(qiáng)度均值為27.052 MPa；轉(zhuǎn)速2 100 rpm 的是第6、7、8、9、10 號(hào)試驗(yàn)，其剪切強(qiáng)度均值為28.368 MPa；轉(zhuǎn)速2 400 rpm 的是第11、12、13、14、15 號(hào)試驗(yàn)，其剪切強(qiáng)度均值為20.486 MPa；轉(zhuǎn)速2700 rpm 的是第16、17、18、19、20 號(hào)試驗(yàn)，其剪切強(qiáng)度是均值是20.500 MPa；轉(zhuǎn)速3 000 rpm 的是第21、22、23、24、25 號(hào)試驗(yàn)，其剪切強(qiáng)度均值是28.134 MPa。顯然轉(zhuǎn)速2 100 rpm 剪切強(qiáng)度高，轉(zhuǎn)速2400 rpm 差，兩者的極差R=28.368-20.486=7.882 MPa。它表示采用轉(zhuǎn)速2 100 rpm 比采用轉(zhuǎn)速2400 rpm的剪切強(qiáng)度平均值提高7.882 MPa。
同樣的方法可比較下扎時(shí)間、回填時(shí)間、下扎深度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響?？傻贸鲚^佳轉(zhuǎn)為2 100 rpm，較佳下扎時(shí)間為3 s，較佳回填時(shí)間為3 s，較佳下扎深度為2.7 mm。下扎時(shí)間極差R=25.162，對(duì)剪切強(qiáng)度影響大的因素為下扎時(shí)間。
6061-T6合金鋁板搭接焊點(diǎn)除未焊合組參數(shù)外，其他組經(jīng)X 光射線檢測(cè)均未發(fā)現(xiàn)缺陷。
通過前面剪切強(qiáng)度計(jì)算，8#、9#、10# 號(hào)試驗(yàn)剪切強(qiáng)度較大，現(xiàn)選取其金相進(jìn)行觀察，分別如圖3a～圖3c 所示，可看到其焊點(diǎn)底部中心區(qū)域均有缺陷。
3. 結(jié)論
2mm厚6061-T6合金鋁板搭接攪拌摩擦點(diǎn)焊的較佳工藝參數(shù)為：攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度2 100 rpm，下扎時(shí)間3 s，回填時(shí)間3 s，下扎深度2.7 mm。其中，下扎時(shí)間對(duì)焊接接頭剪切強(qiáng)度影響大。
除未焊合組參數(shù)之外，其他接頭組織經(jīng)X 光射線檢測(cè)均未發(fā)現(xiàn)缺陷。通過對(duì)剪切強(qiáng)度和金相觀察可知，剪切強(qiáng)度大的試件其焊縫不一定完好
煙臺(tái)寶迪銅鋁業(yè)有限公司公司依靠可靠的技術(shù)力量，精良的加工設(shè)備，放心加工工藝，從事鋁板材矯平橫切、鋁帶材縱切分條、鋁合金中厚板鋸切、鋁棒材鋸切、鋁板材表面精整覆膜以及鋁板材異型加工等鋁系列材料的精加工。主要產(chǎn)品有：1060鋁板、鋁棒、鋁帶，5052鋁板、鋁棒、鋁帶，6061鋁板、鋁帶、鋁棒。
