基于响应面法的钛铝异种金属搅拌摩擦点焊工艺参数优化

张翅超; 闫崇京; 宋燕; 沈子康

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2022.02.02

重点关注 | 浏览量 : 0 下载量: 107 CSCD: 0

PDF
导出
分享
收藏
专辑

基于响应面法的钛铝异种金属搅拌摩擦点焊工艺参数优化
Process Parameters Optimization of Friction Stir Spot Welding of Titanium and Aluminum Based on Response Surface Methodology
2022年52卷第2期页码：8-16
收稿：2021-08-26，

修回：2021-11-04，

纸质出版：2022-02-20
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.02.02
稿件说明：

移动端阅览

张翅超，闫崇京，宋　燕，等.基于响应面法的钛铝异种金属搅拌摩擦点焊工艺参数优化［J］.电焊机，2022，52（2）：8-16. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.02.02.

ZHANG Chichao, YAN Chongjing, SONG Yan, et al.Process Parameters Optimization of Friction Stir Spot Welding ofTitanium and Aluminum Based on Response Surface Methodology[J].Electric Welding Machine, 2022, 52(2): 8-16. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.02.02.

摘要

为同时满足减轻质量和降低成本的需求，钛/铝复合结构具有很好的应用前景，但由于钛合金与铝合金之间的物化性能差异巨大，采用传统焊接方式很难形成可靠的连接，而搅拌摩擦点焊技术在连接异种金属方面优势明显，目前针对钛/铝合金的搅拌摩擦点焊研究较少。因此采用回填式搅拌摩擦点焊对2 mm厚的TC4钛合金和6061铝合金进行点焊试验，基于响应面法建立了焊接工艺参数与拉剪断裂载荷的二阶响应模型，结合微观组织和显微硬度进行分析，研究了工艺参数对接头拉剪断裂载荷的影响并通过工艺参数优化预测了点焊接头的拉剪断裂载荷。结果表明，所建立的模型较为准确，预测值与实验值的平均误差约为2.41%，得到的最佳焊接工艺参数为焊具转速1 052.9 r/min，下压量2.19 mm，焊接时间3.01 s。

Abstract

To meet the requirements of weight and cost reduction at the same time

the titanium/aluminum composite structure has a good application prospect

but because of the great physical and chemical performance difference between titanium alloy and aluminum alloy

adopts the traditional welding method is difficult to form a reliable connection

and friction stir spot welding technology has great advantage in connecting dissimilar metals

current research on titanium/aluminium alloy friction stir spot welding is very little. Spot welding experiments were carried out on 2 mm thick TC4 titanium alloy and 6061 aluminum alloy by refill friction stir spot welding. Based on the response surface method

the second-order response model of welding process parameters and tensile-shear fracture load was established

and the effect of process parameters on the joint was studied. The influence of process parameters on the tensile-shear fracture load of joints was studied

and the tensile-shear fracture load of spot joints was predicted through optimization of process parameters. The experimental results show that the response model is very accurate

and the average error between the predicted value and the experimental value is about 2.41%. The best welding process parameters obtained are the welding tool speed 1 052.9 r/min

the plunge depth 2.19 mm

and the welding time 3.01s .

关键词

Keywords

references

刘浩，陈玉华，季迪，等 . 钛-铝异种材料的点焊技术研究新进展［J］. 精密成形工程， 2019 ， 11 （ 05 ）： 63 - 70 .

LIU Hao ， CHEN Yuhua ， JI Di ， et al . New Progress in Spot Welding Technology of Titanium-Aluminum Dissimilar Materials ［J］. Journal of Netshape Forming Engineering ， 2019 ， 11 （ 05 ）： 63 - 70 .

张健，董春林，李光 . 搅拌摩擦点焊在航空领域的应用［J］. 航空制造技术， 2009 （ 16 ）： 70 - 73 .

ZHANG Jian ， DONG Chunlin ， LI Guang . Application of Friction Stir Spot Welding in Aviation Industry ［J］. Aeronautical Manufacturing Technology ， 2009 （ 16 ）： 70 - 73 .

赵衍华，张丽娜，刘景铎，等 . 搅拌摩擦点焊技术简介［J］. 航天制造技术， 2009 （ 02 ）： 1 - 5 .

ZHAO Yanhua ， ZHANG Lina ， LIU Jingduo ， et al . Introduction of Friction Stir Spot Welding Technology ［J］. Aeronautical Manufacturing Technology ， 2009 （ 02 ）： 1 - 5 .

黄永宪，吕宗亮，万龙，等 . 钛/铝异质金属搅拌摩擦焊技术研究进展［J］. 航空学报， 2018 ， 39 （ 11 ）： 6 - 17 .

HUANG Yongxian ， LV Zongliang ， WAN Long ， et al . Review of dissimilar friction stir welding between titanium and aluminum ［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica ， 2018 ， 39 （ 11 ）： 6 - 17 .

张志涛，陈玉华，王善林 . 工艺参数对钛/铝搅拌摩擦点焊成形及拉剪性能影响［J］. 热加工工艺， 2015 ， 44 （ 23 ）： 27 - 30，34 .

ZHANG Zhitao ， CHEN Yuhua ， WANG Shanlin . Influence of Welding Process Parameters on Joint Surface Topography and Tensile Shear in Friction Stir Spot Welding of Ti/Al ［J］. Hot Working Technology ， 2015 ， 44 （ 23 ）： 27 - 30，34 .

Xiawei Yang ， Wuyuan Feng ， Wenya Li ， et al . Microstructure and mechanical properties of dissimilar pinless friction stir spot welded 2A12 aluminum alloy and TC4 titanium alloy joints ［J］. Journal of Central South University ， 2018 ， 25 （ 12 ）： 3075 - 3084 .

Plaine A H ， Gonzalez A R ， Suhuddin U F H ， et al . The optimization of friction spot welding process parameters in AA6181-T4 and Ti6Al4V dissimilar joints ［J］. Materials & Design ， 2015 （ 83 ）： 36 - 41 .

Plaine A H ， Suhuddin U F H ， Alcântara N G ， et al . Microstructure and mechanical behavior of friction spot welded AA6181-T4/Ti6Al4V dissimilar joints ［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ， 2017 ， 92 （ 9-12 ）： 3703 - 3714 .

韩德伟，张建新 . 金相试样制备与显示技术［M］. 湖南：中南大学出版社， 2005 ．

HAN Dewei ， ZHANG Jianxin . Metallographic sample preparation and display technology ［M］. Hunan ： Zhongnan University Press ， 2005 .

郑勇乐，闫崇京，司佩强，等 . 7075-T6铝合金顶锻式摩擦塞焊接头组织及性能研究［J］. 热加工工艺， 2018 ， 47 （ 19 ）： 90 - 93 .

ZHENG Yongle ， YAN Chongjing ， SI Peiqiang ， et al . Microstructure and Performance of Top-forged Friction Plug Welding Joint of 7075-T6 Aluminum Alloy ［J］. Hot Working Technology ， 2018 ， 47 （ 19 ）： 90 - 93 .

李莉，张赛，何强，等 . 响应面法在试验设计与优化中的应用［J］. 实验室研究与探索， 2015 ， 34 （ 08 ）： 41 - 45 .

LI Li ， ZHANG Sai ， HE Qiang ， et al . Application of Response Surface Methodology in Experiment Design and Optimization ［J］. Research and Exploration in Laboratory ， 2015 ， 34 （ 08 ）： 41 - 45 .

编辑部网址： http：//www.71dhj.com http://www.71dhj.com