搅拌摩擦焊 (Friction Stir Welding, FSW) 是英国焊接研究所 (TWI) 于1991年发明并在世界范围内获得专利保护的新型固相连接方法, 也是世界焊接技术发展史上从发明到工业应用时间间隔最短, 且发展最快的一项神奇的焊接技术。它在铝合金结构件制造中具有独特的优势, 可以焊接各种铝合金材料, 且接头的性能良好。

搅拌摩擦焊 (Friction Stir Welding, FSW) 是英国焊接研究所 (TWI) 于1991年发明并在世界范围内获得专利保护的新型固相连接方法, 也是世界焊接技术发展史上从发明到工业应用时间间隔最短, 且发展最快的一项神奇的焊接技术。它在铝合金结构件制造中具有独特的优势, 可以焊接各种铝合金材料, 且接头的性能良好。

高强铝合金具有高的比强度、断裂韧度和疲劳强度, 同时还具有良好的成形工艺性和良好的焊接性, 因此成为在航空工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料[1], 也是军用飞机和民用飞机的主要结构材料。尽管目前复合材料较多地应用于飞机结构中, 但铝合金在飞机结构中所占的比重仍然很大, 高强铝合金是飞机结构中必备的材料之一。应用于航空领域的2000系列和7000系列高强铝合金采用传统的熔焊后性能很差, 飞机结构蒙皮及其他结构的连接通常采用铆接, 但铆接后飞机的重量会增加, 且工艺繁琐, 而采用搅拌磨擦焊技术焊接飞机结构则可避免以上问题。

搅拌摩擦焊 (Friction Stir Welding, FSW) 是英国焊接研究所 (TWI) 于1991年发明并在世界范围内获得专利保护的新型固相连接方法, 也是世界焊接技术发展史上从发明到工业应用时间间隔最短, 且发展最快的一项神奇的焊接技术[2]。它在铝合金结构件制造中具有独特的优势, 可以焊接各种铝合金材料, 且接头的性能良好。

FSW可以代替铆接广泛应用于航空高强铝合金的焊接来。飞机的服役期一般都在20年以上, 随着飞机服役期的增加, 飞机结构会产生腐蚀情况, 并会不断扩散和加重, 其损伤程度的大小, 会影响飞机寿命和机群的出勤率, 所以研究飞机结构的腐蚀是非常必要的。本文以2024铝合金为对象, 对其搅拌摩擦焊接头的微观组织和在酸性盐雾试验下的腐蚀行为进行了研究。

盐雾腐蚀试验方法

试验选用厚度为3mm的2024铝合金, 试件材料为板材, 其成分见表1。

搅拌摩擦焊接所用设备型号:FSW-3LM-2010搅拌摩擦焊机;

焊接头旋转速度:600~800r/min;

焊接速度:60~80mm/min。

采用上海一恒科学仪器有限公司LYW系列盐雾腐蚀试验箱, 利用连续酸性盐雾环境模拟城市大气污染和酸雨环境, 试验条件为盐溶液w (Na Cl) =5%溶液, 按照GB6459-86标准执行;加冰醋酸将PH值调节到3.1~3.3, 冰醋酸含量在0.1%~0.3%, 试验箱温度为35℃, 喷雾量控制在1~2 ml;取样时间设定为8h、32h、72h、144h、168h和240h;试样的被测面与垂直方向成15°~30°角, 让盐雾自由沉降于被测面, 不能直接喷射。

试验后用数码相机拍摄试样表面宏观腐蚀形貌, 用KYKY-2800型扫描电镜对试样的微观腐蚀形貌进行观察, 并用EDS分析试样的腐蚀产物成分。

试验结果与分析

1 组织特征

图1为接头各区域的透射电镜观察结果。从图1 (a) 、 (d) 和 (e) 中可以看出, 母材和热机械影响区的晶粒尺寸很大, 一般为十几到几十微米, 母材和热机械影响区中棒状的析出物尺寸和分布未发生明显变化。而焊核区的晶粒尺寸很小, 为1~5μm左右, 焊核区发生了再结晶, 晶粒发生了细化, 第二相粒子也发生了细化且分布较均匀, 棒状析出物消失。与母材区和焊核区相比, 在热机影响区晶粒边界析出更多的第二相, 存在高密度的第二相粒子。