2024-T4為鋁－銅－鎂系中的典型硬鋁合金，其特點(diǎn)是：成分合理、強(qiáng)度高、抗疲勞性能好、有一定的耐熱性、易于成型且熱處理強(qiáng)化效果顯著，因此被廣泛用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)、鉚釘、卡車(chē)輪轂、螺旋槳元件及其他多種結(jié)構(gòu)件。攪拌摩擦焊（FSW）是一種固相連接工藝，焊接過(guò)程中材料不發(fā)生熔化，可以避免因金屬熔化產(chǎn)生的如焊接裂紋、氣孔等缺陷，特別適用于用熔化焊方法難于焊接的輕合金，具有無(wú)氣孔和裂紋、焊接變形小、焊縫強(qiáng)度高、疲勞性能好等優(yōu)點(diǎn)，顯示出廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。隨著對(duì)FSW研究的深入，焊接過(guò)程中反復(fù)出現(xiàn)的一些問(wèn)題也引起了人們的關(guān)注。在對(duì)鋁合金薄板進(jìn)行FSW焊接時(shí)常常會(huì)因?yàn)闅堄鄳?yīng)力過(guò)大，而導(dǎo)致鋁合金出現(xiàn)較大的翹曲變形。基于消除焊件宏觀變形的目的，本文對(duì)2024-T4鋁合金1.8mm厚薄板進(jìn)行FSW工藝實(shí)驗(yàn)時(shí)，在常規(guī)的FSW工藝基礎(chǔ)上利用一個(gè)水冷裝置來(lái)對(duì)焊接區(qū)進(jìn)行噴水冷卻，并對(duì)焊接件的焊縫成形、焊縫組織形態(tài)和焊接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行了分析。

實(shí)驗(yàn)用材為1.8mm厚的2024-T4鋁合金薄板，抗拉強(qiáng)度為470MPa，其尺寸為400mm×120mm，主要化學(xué)成分為（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）：3.8～4.9Cu，0.50Si，0.50Fe，0.3～0.9Mn，0.25Zn，1.2～1.8Mg，0.15Ti，其余為Al。FSW實(shí)驗(yàn)在自行研制的FSW實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，焊接形式為單道對(duì)接焊。實(shí)驗(yàn)用攪拌頭參數(shù)：軸肩直徑為6mm；攪拌針長(zhǎng)1.6mm，端部直徑為2mm。焊接時(shí)，首先控制攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)鉆入待焊件接縫處，待攪拌頭軸肩壓緊鋁合金板上表面后，打開(kāi)水冷裝置，攪拌頭沿焊縫前進(jìn)完成焊接過(guò)程。焊后，先用ToshibaTOSCANER24500twin型工業(yè)CT對(duì)焊接試樣做CT探傷，然后在焊接件上沿焊縫橫向分別制取金相及拉伸試樣。采用Instron8802型電液伺服力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)；用LeicaDMI5000M金相顯微鏡觀察焊后各區(qū)顯微組織；用HVA-10型維氏硬度計(jì)進(jìn)行硬度測(cè)試。

用FSW方法焊接了1.8mm厚的2024-T4鋁合金薄板，在攪拌頭轉(zhuǎn)速為2100r/min、焊接速度為120mm/min時(shí)，焊縫的抗拉強(qiáng)度達(dá)到了377.9MPa，接頭力學(xué)性能優(yōu)良?？烧{(diào)壓的水冷裝置可以有效控制焊接件局部溫度場(chǎng)，約束焊接件的殘余應(yīng)力峰值和殘余應(yīng)力區(qū)，最終降低焊接件的宏觀變形量。實(shí)驗(yàn)中當(dāng)水冷壓強(qiáng)為0.4MPa時(shí)，可以消除由殘余應(yīng)力引起的翹曲變形。選擇合理的焊接工藝參數(shù)是獲得優(yōu)良2024-T4鋁合金板FSW接頭的關(guān)鍵，工藝參數(shù)優(yōu)化可進(jìn)一步提升焊縫性能。（榕霖）