HB/Z 416-2014 航空铝合金构件搅拌摩擦焊工艺

ICS49.040

V16

HB/Z416－2014

航空铝合金构件搅拌摩擦焊工艺

Processoffrictionstirweldingforaluminumalloyaero-structuralcomponents

2014－05－19发布2014－10－01实施

中华人民共和国工业和信息化部发布

HB/Z416－2014

目次

前言……………………………II

1范围…………………………1

2规范性引用文件……………1

3术语和定义…………………1

4一般要求……………………7

4.1人员……………………7

4.2环境……………………7

4.3焊缝等级………………7

4.4材料……………………7

4.5待焊件的接头要求……………………7

4.6设备与工装……………8

4.7焊接设备的工艺性鉴定………………8

4.8工艺参数选择与确定…………………9

4.9工艺参数的重新确定…………………9

4.10文件管理………………9

5工艺控制……………………10

5.1工艺流程………………10

5.2工艺验证………………10

5.3焊前准备………………10

5.4装配……………………10

5.5施焊……………………11

5.6检验……………………11

5.7缺陷修补………………12

5.8焊后处理………………12

5.9验收……………………12

5.10包装防护……………12

6质量控制……………………12

7安全要求……………………13

附录A(资料性附录)搅拌摩擦焊设备形式、规格及功能…………………14

附录B(资料性附录)搅拌摩擦焊设备工艺性鉴定书……………………15

附录C(资料性附录)铝合金构件搅拌摩擦焊典型工艺参数……………16

I

HB/Z416－2014

前言

本指导性技术文件按照GB/T1.1－2009给出的规则起草。

本指导性技术文件由中国航空综合技术研究所归口。

本指导性技术文件起草单位：中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所、中国航空综合技术

研究所。

本指导性技术文件起草人：李继忠、董春林、赵华夏、李耐锐、孟强、张坤、柴鹏、王怡嵩、

李从卿、栾国红、梁勇。

II

HB/Z416－2014

航空铝合金构件搅拌摩擦焊工艺

1范围

本指导性技术文件规定了航空铝合金结构件搅拌摩擦焊的人员、环境、材料、焊件接头、设备与工

装、工艺性鉴定、工艺参数的选择与确定、接头等级、文件管理、工艺控制、质量控制以及安全要求等。

本指导性技术文件适用于厚度不大于12mm且为常用铝合金牌号和状态的航空铝合金结构件对接、

搭接接头搅拌摩擦焊。其他系列铝合金的结构件对接、搭接接头搅拌摩擦焊也可参照本指导性技术文件。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T394.1工业酒精

GB/T2649焊接接头机械性能试样取样方法

GB/T2651焊接接头拉伸试验方法

GB/T2653焊接接头弯曲试验方法

GB/T3199铝及铝合金加工产品包装、标志、运输、贮存

GB/T3246.2变形铝及铝合金制品低倍组织检验方法

GB/T3375焊接术语

GB/T6026工业丙酮

GB/T14125机械振动与冲击振动与冲击对建筑物内敏感设备影响的测量和评价

GB/T21230工作环境中噪声暴露的测量与评价

GB50231机械设备安装工程施工及验收

GJB481焊接质量控制要求

HB5363焊接工艺质量控制

HB/Z60X射线照相检验

3术语和定义

GB/T3375界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

搅拌摩擦焊frictionstirwelding

高速旋转的搅拌头扎入零件后沿待焊接方向运动，在搅拌头与零件接触部位产生摩擦和剧烈塑性变

形热，使其附近金属形成塑性软化层，软化层在搅拌头旋转作用下填充搅拌针后方所形成的空腔，同时

在轴肩与搅拌针的搅拌及挤压作用下实现材料连接的固相焊接方法，焊接过程见图1。

3.2

搅拌头weldingtool

搅拌头是搅拌摩擦焊的施焊工具，包括轴肩、搅拌针和夹持柄三部分，见图2。

1

HB/Z416－2014

a－母材；b－热影响区；c－热力影响区；d－焊核

图1搅拌摩擦焊原理示意图

3.3

轴肩toolshoulder

搅拌头与零件表面接触的部分，一般为内凹的圆锥状，或同心圆环等形状,见图2。

3.4

搅拌针probe

搅拌头插入零件的部分，基本结构为圆柱体或圆锥体，可附带螺纹或沟槽等结构，见图2。

3.5

焊接倾角tiltangle

搅拌头轴线与焊接处法向线之间的夹角，见图2。

图2搅拌摩擦焊示意图

3.6

压入量heelplungedepth

焊接过程中，搅拌头的轴肩后沿最低点压入被焊材料的深度，见图2。

3.7

焊接垫板backingplate

为支撑零件和焊缝金属，承受搅拌头轴向压力，在焊缝金属背面预置的一种刚性衬托装置，见图2。

2

HB/Z416－2014

3.8

搅拌头插入toolinsert

焊接开始时旋转着的搅拌头在轴向压力的作用下插入被焊零件的过程。

3.9

轴向压力axialforce

焊接过程中，焊缝表面受到的搅拌头轴线方向的工作压力。

3.10

前进侧advancingsideofweld

搅拌头旋转线速度方向与焊接方向一致的焊缝一侧为前进侧，见图3。

3.11

后退侧retreatingsideofweld

搅拌头旋转线速度方向与焊接方向相反的焊缝一侧为后退侧，见图3。

图3搅拌摩擦焊焊缝示意图

3.12

尾孔exithole

在焊缝的结束处，因搅拌头提起而留下的孔，见图4。

尾孔

飞边

图4尾孔和飞边形貌

3.13

飞边toeflash

焊接过程中，在搅拌头作用下，焊缝塑化金属沿轴肩边缘挤出，在焊缝边缘形成的挤出物，见图4。

3

HB/Z416－2014

3.14

前进力forwardforce

使搅拌头沿着焊接方向向前移动所需要的工作力，单位：千牛(kN)。

3.15

搅拌头旋转速度rotationspeedoftool

单位时间内搅拌头的旋转次数，单位：转每分钟(rpm)。

3.16

焊接速度weldingspeed

单位时间内完成的焊缝长度，单位：毫米每分钟(mm/min)。

3.17

主轴扭矩axialtorsion

焊接过程中驱动搅拌头旋转的扭矩。

3.18

热力影响区thermo-mechanicallyaffectedzone(TMAZ)

搅拌摩擦焊接头中受到焊接热和机械变形力联合作用而发生塑性变形的区域，亦称为热机影响区,

见图5。

3.19

热影响区heat-affectedzone(HAZ)

搅拌摩擦焊接头中受到焊接热作用的区域，见图5。

3.20

焊核weldingnugget(WN)

搅拌摩擦焊接头受搅拌针的搅拌、挤压而形成于焊缝中间的区域，多为再结晶区,见图5。

图5焊缝宏观金相照片

3.21

引导孔pre-hole

焊接较大厚度的材料时，为提高焊接效率和保证焊接质量，在焊接起始位置预制的工艺孔。

3.22

滞留时间dwelltimeatstartofweld

搅拌头旋转插入零件后至搅拌头沿接缝向前移动前的停留时间。

3.23

定位焊pre-welding

为装配和固定焊件而进行的预先焊接。

4

HB/Z416－2014

3.24

引入板、引出板import/exportplate

在零件两端设置搅拌头进出的工艺板。

1

2

34

1－工件；2－搅拌针；3－原始对接线(没有塑性变形)；4－原始对接线(剧烈的塑性变形)

图6未焊透缺陷示意图

3.25

未焊透lackofpenetration

搅拌摩擦焊接时，接头根部未完全焊合的部分，见图6。

3.26

隧道型缺陷channeldefect

沿焊接方向塑性金属流动未填满焊缝所形成的类似隧道的孔洞，见图7。

1

图7隧道型缺陷示意图

3.27

表面沟槽surfacefurrow

焊缝表面出现的类似沟槽的缺陷，见图8。

5

HB/Z416－2014

图8表面沟槽示意图

3.28

减薄量surfaceconcaving

焊缝表面搅拌头压印与母材表面之间的距离，见图9。

图9减薄量示意图

3.29

弱连接kissingbonding

焊件对接面之间搅拌不充分，原子扩散连接较弱，使原始结合面呈贴合状，接头强度较低或没有连

接强度，亦称吻接，见图10。