第33卷第9期 2012年9月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDINGINSTITUTION
Vol.33No.9 September2012
LY12铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力分析
王希靖，李娜，张忠科，李长瑞
（兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，兰州
730050）
摘要：采用小孔法对不同焊接工艺参数下得到的LY12铝合金薄板搅拌摩擦焊对接接头的残余应力进行了测量和分析，为了消除孔边塑性变形对测量精度的影响，建立了三维有限元法模拟应变释放系数的测量试验，使用基于孔边形状改变比能的A，B系数修正法对盲孔释放系数进行修正，结果表明，接头残余应力呈不对称分布，前进侧应力高于返回侧；纵向残余应力总是高于横向残余应力，但是横向残余应力并非在零附近，面是有一定的大小，约为焊前母材强度的10.8%；在一定范围内，搅择摩擦焊接头
残余应力随旋转题率先增大后减小，随下压量和焊接速度的增加而增加，关键词：搅择摩擦焊；残余应力；盲孔法；比能参量
中图分类号：TC407 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X(2012)09008104
王希靖
温度场的分布及热塑性材料在搅拌头作用下的流动行为尚无一致的认识，使得人们对与之密切相关的
搅拌障擦焊（FSW）是英国焊接研究所1991年发明的一种新型的焊接工艺，其实质是通过高速旋转的搅拌头与被焊材料表面间生成的摩擦热而实现的一种固相连接，主要用于传统方法难以实现的低熔点有色金属的焊接，目前已广泛用于铝合金的焊接，在搅拌摩擦焊过程中，搅拌头与工件之间的摩擦热传导不均匀性、金属夹具与焊缝存在的温度梯度必然产生焊接残余应力，而残余应力是造成焊接构件断裂、疲劳破坏和应力腐蚀的重要原因，研究搅拌摩擦焊接头残余应力的分布对优化焊工艺、提高焊接质量和焊接构件的稳定性具有重要的意义，近年来，国内外研究者对搅拌摩擦焊接工艺开展了大量的研究工作，Sutton等人对AA2024-T3铝合金FSW对接接头残余应力进行了测量，结果表明最大残余应力是纵向拉伸应力，最大值为105MPa，最大横向残余应力约为75MPa.Staron等人[2]也利用中子衔射方法测量了AA2024-T351搅拌摩擦焊板中的残余应力，结果表明，在后退侧最大纵向残余应力值为65MPa：前进侧最大残余应力值为55 MPa；在焊缝区域内靠近中心线处的最大残余应力值为50MPa.这一结果与Sutton的测量结果有很大差异，其原因可能是焊接过程中的工艺参数、环境、冷却程度不同，正是由于人们对搅拌摩擦焊过程中
收稿日期：2011-07-11 万方数据
接头残余应力的形成机理和分布规律的研究变得困难，为此文电对3mm厚LY12铝合金撑择席搬焊接头的残余应力分布规律进行了研究，并且探究了搅拌摩擦焊接头残余应力随不同焊接工艺参数的变化，以反映搅拌摩擦焊接头的形成机理
试验方法
选用150mm×70mm×3mm的LY12硬铝合金作为试验材料，焊接设备采用搅拌摩擦焊中心生产的FSW-3LM-015型专用搅拌摩擦焊机进行LY12 铝合金的搅拌摩擦焊对接试验，搅拌头由自制的特殊钢制成，轴肩直径为16mm，搅拌针直径为6mm，长度为2.4mm，搅拌针方向相对于工件表面垂线的夹角为2°，焊接工艺参数如表1所示.试验得到外观成形良好的焊接接头之后采用小孔法测试得到接头的残余应力分布。
关于钻孔法测量残余应力，美国材料试验学会（ASTM）有其标准，船舶行业也已制定了关于钻孔法的标准，文中主要参照船舶行业标准进行，选用 BE120-2CA-K型应变花，其灵敏系数为2.23%± 1%，试验选用DH-3815型静态应变测试仪和专用残余应力钻孔装置，钻孔的直径为1.5mm，深度为 2mm，对于稳定的搅拌摩擦焊来说，焊缝中间区域都比较稳定，可以选定该区域任一截面上的残余应力分布来代表焊接接头的残余应力分布，因此选取