锥形端面对铝/钢连续驱动摩擦焊接头界面温度及摩擦扭矩影响的研究

摘要

铝/钢复合结构在汽车制造、能源、航空航天领域广泛应用，在连续驱动摩擦焊接（Continuousdrivefriction welding,CDFW）过程中，由于母材流动特性与径向摩擦扭矩分布不同，界面上的氧化物和杂质难以排出、界面产热功率与界面金属间化合物（Intermetallic compounds,IMCs）不均匀分布等问题，将对接头性能产生不利影响。以1060纯铝和Q235低碳钢棒为研究对象，在钢棒待焊端面设计5°、10°、15°、20°、25°的锥度角θ开展焊接试验研究，分析不同锥度下界面温度、摩擦扭矩、能量输入及接头强度的变化规律。结果表明，随着锥度角的增大，初始峰值扭矩减小，稳态扭矩、后峰值扭矩、焊接全过程能量输入先增大后减小，初始摩擦阶段能量输入增大；10°～15°的接头径向方向的温度与强度变化趋于平缓。锥形结构使界面处热流的高温区域发生移动，20°之后峰值温度出现在1/3R附近区域，最高强度出现在1/2R附近区域。在CDFW过程，合适的锥度角可在焊接产热足够的情况下改善界面温度与力学性能的不均匀性，从而得到性能良好的接头，为异种金属的端面结构设计提供一定的理论指导。