车身异种铝合金搅拌摩擦焊的疲劳特性分析

性能分析与控制

车身异种铝合金搅拌摩擦焊的疲劳特性分析

铝合金作为典型的轻质材料而具有比强度高、导热率高等特点，并具有良好的加工性能、低温性能和耐腐蚀性，因而在汽车行业轻量化发展趋势下，其被广泛应用在汽车上。由于铝合金中材料含量不同，因而表现出不同的力学性能，如AA5754铝合金具有较高的强度而用于发动机部件的制造；AA6082铝合金具有中等强度，但可成型性和可机械加工性较好，其可用于车身部件的制造。因此，这就涉及到异种铝合金的连接，采用传统热融化焊接方法进行连接时，铝合金表面极易形成不易融化的氧化膜，会造成气孔、裂纹等焊接缺陷。基于此，开始采用搅拌摩擦焊，该焊接方法是一种固态塑化连接方法，能够完美地实现异种铝合金的连接。对搅拌摩擦焊连接试样的疲劳特性进行了分析。

搅拌摩擦焊工具包含3个部分：搅拌探头、轴肩和固定夹具。影响搅拌摩擦焊连接性能的主要参数为搅拌探头的垂直压力、平移速度和旋转速度。进行试样制造时，选择如图1所示的AA5754铝合金和AA6082铝合金板件。采用ESABLEGIO™3UL数控机床对两种铝合金材料进行搅拌摩擦焊。设定多种不同的搅拌探头垂直压力、平移速度和旋转速度组合，如表1所示。对连接后的试样按照ASTM E0466标准进行疲劳特性测试，在疲劳特性试验机上设置试样负荷值为250kN、应力循环比为0.1。试验停止条件为试样被破坏或循环5×106个周期。除此之外，还利用有限元软件对试样进行疲劳特性分析。结果表明：①有限元结果与试验结果的最大差异为0.9%；②搅拌摩擦焊连接处的疲劳特性低于材料本身的疲劳特性；搅拌摩擦焊不同参数对疲劳特性的影响可以忽略不计。

图1 铝合金板件试样

表1 搅拌摩擦焊参数

刊名：International Journal of Fatigue（英）

刊期：2016年第82期

作者：V.Infante

编译：王淼