（1）工艺试验研究：本试验对5A01铝合金板材进行搅拌摩擦焊对接，5A01铝合金板的尺寸为300mm×100mm×5mm。选择不同的焊接参数进行搅拌摩擦焊试验，包括单道搅拌摩擦焊、同向双道搅拌摩擦焊、反向双道搅拌摩擦焊。

    （2）探究在工艺条件不同时，焊接工艺条件对接头形貌的影响。

    （3）探究在不同焊接工艺参数条件下，参数对接头拉伸性能和显微硬度的影响。

（4）采用小孔应力释放法对5A01铝合金搅拌摩擦焊对接接头残余应力进行测量并分析其分布规律。

第二章 试验方法及设备

2。1 试验材料

 5A01（LF15）是在5A06合金的基础上添加微量元素Cr和Zr形成的一种新型耐蚀可焊铝合金，属于Al-Mg-Mn系，为不可热处理强化铝合金。由于其中的镁含量较高，加工硬化率大，所以其强度较高。其主要用途为舰艇用铝合金板[30]。

   本试验选用5A01铝合金，其大小为为300mm×100mm×5mm进行搅拌摩擦焊对接。5A01铝合金的常温力学性能及化学成分分别如表2-1和2-2所示。

表2-1 常温下5A01铝合金的物理性能

抗拉强度N/mm2 规定残余伸长应力σ0。2 N/mm2 伸长率δ%

391 175 13

表2-2 5A01铝合金的化学成分（wt，%）

成分 Mg Mn Zr Cr Fe Si Al

含量% 6。5 0。6 0。15 0。15 <0。4 <0。3 余量

2。2 试验设备

2。2。1 搅拌摩擦焊接设备

   我国首台商用搅拌摩擦焊机是SW-3LM-002型搅拌摩擦焊机，图2-1。它是龙门式数控搅拌摩擦焊机，被用于本试验。焊接工装、一些辅助设备和主机组成了搅拌摩擦焊设备。三维数控移动工作台、控制柜及其系统、精密主轴单元、滑轨和龙门式门式机架是龙门式数控搅拌摩擦焊机设备的软硬件。结构稳定，操纵灵活，先进的传感控制系统是该套设备的特色。设套设备焊接厚度最大为15mm，镁及其合金、铜及其合金、碳钢及不锈钢、铝及其合金等多种牌号的材料以及复合材料和异种材料都能够配合相应的夹具，结合触摸屏人机界面都能在该套设备上进行焊接。设套设备焊接厚度最大为15mm。

本次使用的搅拌摩擦焊设备规格参数为：主轴倾斜角度0-5°，主轴转速小于8000转/分钟，焊接长度小于1000mm，工作台尺寸为1000×800mm，焊接高度小于300mm，焊接厚度2-15mm，焊接宽度小于800mm。

图2-1 试验用搅拌摩擦焊设备

2。2。2 搅拌头

    一般来讲，在搅拌摩擦焊过程中，对搅拌头的要求是搅拌头耐磨性良好、强度足够高等特点，目的是材料的有效连接。目前搅拌头主要是由硬质合金、模具钢、工具钢等材料制造的。由于H13模具钢在中温下的综合性能较好，能与铝合金摩擦产生产生很高的摩擦热，较高的淬透性，力学性能在高温下良好而且是4Cr5MoSiV1牌号的刚，型号为C-Cr-Mo-Si-V，因此H13模具钢常被用作制造搅拌头的材料。H13的化学成分见表2。3。搅拌头轴肩直径为12mm，轴肩被设计为内凹型，螺纹状的搅拌头设计法，直径4。5mm的搅拌头根部和直径为2。5mm的搅拌头顶端，长度为4。6mm。搅拌头形貌如图2-2。