CN105339125B - 通过线性摩擦焊接获得的改进的结构元件 - Google Patents

通过线性摩擦焊接获得的改进的结构元件 Download PDF

Info

Publication number
CN105339125B
CN105339125B CN201480037137.2A CN201480037137A CN105339125B CN 105339125 B CN105339125 B CN 105339125B CN 201480037137 A CN201480037137 A CN 201480037137A CN 105339125 B CN105339125 B CN 105339125B
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal component
welding
plane
astm
longitudinal direction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201480037137.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105339125A (zh
Inventor
C·J·格莱斯布鲁克
M·格鲁奈特
J·拉耶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Constellium Issoire SAS
Original Assignee
Constellium France SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Constellium France SAS filed Critical Constellium France SAS
Publication of CN105339125A publication Critical patent/CN105339125A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105339125B publication Critical patent/CN105339125B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/22—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded
    • B23K20/233—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded without ferrous layer
    • B23K20/2336—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded without ferrous layer both layers being aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/1205—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using translation movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/006—Vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于通过沿着平坦表面焊接形成物品的方法，该物品包括：至少第一金属构件(10)和至少第二金属构件(11)，该至少第一金属构件是具有在纵向方向(L10)上的细长晶粒的铝合金锻制产品的形式，其根据ASTM E112在纵向定向的表面中的各向异性指数至少是4和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各向异性指数至少是1.5，其中该第一金属构件(10)被定位成与该第二金属构件接触，使得细长晶粒的所述纵向方向(L10)被大体上定位在焊接平面之内；该物品通过线性摩擦焊接形成。根据本发明的方法对于提高通过线性摩擦焊接获得的焊接接合部的强度和延伸率尤其有用。通过本发明的方法获得的飞行器的结构物品是有利的，尤其是飞行器结构构件。

Description

通过线性摩擦焊接获得的改进的结构元件
技术领域
本发明涉及根据线性摩擦焊接方法焊接金属构件。更确切地，本发明涉及将包括具有细长晶粒的锻制铝构件的两个构件焊接在一起。
背景技术
线性摩擦焊接(LFW)是一种涉及到一个部件在另一个部件的面上以往复运动进行受压摩擦的焊接方法。往复运动产生使界面处的材料变软的摩擦热，并且结合法向力，将此最初界面材料作为飞边(flash)推出。此过程继续直到足够的材料(通常几毫米)已经“熔化焊穿(burn-off)”并且已经作为飞边被排出为止，随之振荡停止并且两个构件被迅速地对齐并且维持最终“锻造力”来巩固接合部。机械加工或研磨可以随后去除在LFW过程期间产生的飞边。此方法最近已经引起人们的兴趣来装配铝合金。
专利申请US 2003/0168494描述了一种构造用于在形成机械加工的结构组件中使用的预制件的方法，其中构件被摩擦焊接。
专利申请US 2007/0084905描述了一种使用摩擦焊接制作拼焊板的方法，其中结构构件被设置有倾斜角。
如在专利申请US 2006/054252中认识到的，LFW的一个缺点是最终抗拉强度和延伸率与母体金属相比显著下降。延展性的损失在某些情况下可以使得使用LFW装配构件不切实际或甚至不可能。已经提议使用进一步热处理以恢复铝合金在LFW过程期间损失的强度。
应注意，对于焊接组件，延伸率是应变在焊接区域之内如何局部分布的至少部分表示。在焊接区域中机械特性受影响，当延伸率增加时，可能意味着焊接区域更小。
根据结构组件的大小和形状，或许不可能实现焊接后热处理；结构组件在某些情况下必须在被焊接和被进一步机械加工时才被使用。即使当实现焊接后热处理时，进一步提高焊接接合部的机械特性将是有用的。
本发明解决的问题是提高通过线性摩擦焊接获得的焊接接合部的机械特性。尤其是，提高焊接组件的延伸率是有利的，其如解释的涉及减小受焊接影响的区域的扩展。还需要改善焊接组件的强度特性和疲劳特性之间的平衡。
发明内容
本发明的一个目的是一种通过沿着平坦表面焊接而形成物品的方法，该物品包括：至少第一金属构件和至少第二金属构件，该第一金属构件为具有在纵向方向上的细长晶粒的铝合金锻制产品的形式，其根据ASTM E112在纵向定向的表面中的各向异性指数至少是4和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各向异性指数至少是1.5，其中
-该第一金属构件被定位成与该第二金属构件接触，使得细长晶粒的所述纵向方向被大体上定位在焊接平面之内，
-该物品通过线性摩擦焊接形成。
总之，本发明的实施方案如下列第1项所述，其余各项为优选实施方案：
1.一种通过沿着物品的平坦表面焊接而形成物品的方法，该物品包括：至少第一金属构件和至少第二金属构件，该第一金属构件为具有在纵向方向上的细长晶粒的铝合金锻制产品的形式，其根据ASTM E112在纵向定向的表面中的各向异性指数至少是4，和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各向异性指数至少是1.5，其中
-该第一金属构件被定位成与该第二金属构件接触，使得细长晶粒的所述纵向方向被大体上定位在焊接平面之内，
-该物品通过线性摩擦焊接形成。
2.根据上述1所述的方法，其中所述第一金属构件的晶粒的横向方向大体上垂直于焊接平面。
3.根据上述2所述的方法，其中振荡方向大体上平行于所述第一金属构件的晶粒的平面方向。
4.根据上述1到3中的任一项所述的方法，其中所述第一金属构件是锻造构件并且其中所述第二金属构件是振荡构件。
5.根据上述1到4中的任一项所述的方法，其中所述第一金属构件在焊接之前处于不被人工老化的回火中，典型地在T3或T4中，并且其中执行后焊接热处理。
6.根据上述5所述的方法，其中所述第二金属构件为铝合金锻制产品的形式，其处于不被人工老化的回火中，具有在纵向方向上的细长晶粒，根据ASTM E112在纵向定向的表面中的各向异性指数至少是4和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各向异性指数至少是1.5，并且其中所述第二金属构件的细长晶粒的纵向方向被定位成大体上垂直于焊接平面。
7.根据上述6所述的方法，其中振荡方向大体上平行于所述第二金属构件的晶粒的平面方向。
8.根据上述5所述的方法，其中所述第二金属构件为铝合金锻制产品的形式，其处于不被人工老化的回火中，具有在纵向方向上的细长晶粒，根据ASTM E112在纵向定向的表面中的各向异性指数至少是4和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各向异性指数至少是1.5，并且其中所述第二金属构件的细长晶粒的纵向方向被定位成大体上在焊接平面之内。
9.根据上述8所述的方法，其中所述第二金属构件的晶粒的横向方向大体上垂直于焊接平面。
10.根据上述1到4中的任一项所述的方法，其中所述第一金属构件在焊接之前处于最后冶金回火中，典型地在T6、T7X或T8中。
11.根据上述10所述的方法，其中所述第二金属构件为铝合金锻制产品的形式，其处于最后冶金回火中，具有在纵向方向上的细长晶粒，根据ASTM E112在纵向定向的表面中的各向异性指数至少是4和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各向异性指数至少是1.5，并且其中所述第二金属构件的细长晶粒的所述纵向方向被定位成大体上在焊接平面之内。
12.根据上述11所述的方法，其中所述第二金属构件的晶粒的横向方向大体上垂直于焊接平面。
13.根据上述12所述的方法，其中振荡方向大体上平行于所述第二金属构件的晶粒的平面方向。
14.根据上述1到13中的任一项所述的方法，其中所述第一金属构件和优选地所述第二金属构件由铝锂类型铝合金制成。
15.根据上述1到14中的任一项所述的方法，其中所述物品是飞行器的或汽车的结构物品，优选地是飞行器肋条。
16.根据上述11所述方法，其中所述第二金属构件的晶粒的横向方向大体上在所述焊接平面之内。
17.根据上述8所述的方法，其中振荡方向大体上平行于所述第二金属构件的晶粒的平面方向。
附图说明
图1是描述线性摩擦焊接方法的总图。
图2例示根据用于限定晶粒定向的ASTM E112的标记法。
图3例示用于实施例的标记法。
图4例示本发明的一个实施方案。
图5例示本发明的一个实施方案。
图6例示对于实施例1在强度和延伸率之间的平衡。
图7例示对于实施例2在强度和延伸率之间的平衡。
具体实施方式
合金是按照本领域技术人员已知的铝业协会(AA)的规定命名的。在欧洲标准EN515中表明了冶金状态的定义。
除非另有规定，通过根据标准EN ISO 6892-1的抗拉测试确定静态机械特性，或者说极限抗拉强度UTS、0.2％偏移抗拉屈服应力TYS以及断裂延伸率E，通过标准EN 485-1限定测试的采样和方向。对于焊接组件，使用30mm的计量长度计算TYS和E。
在以下参数下根据ASTM E466-07针对测试样本FPE 5A Kt 1.032(具有3mm厚度的平坦样本)执行疲劳测试：振荡频率：f＝50Hz，振荡最大应力：σ＝275MPa，最小应力/最大应力比：R＝0.1，允许的最大循环数目：N＝1000000循环。
图1描述了线性摩擦焊接操作。两个构件(10)和(11)并排放置。一个构件被放置成沿着振荡方向振荡运动并且然后使所述两个构件接触。构件(10)(其例如是锻造构件)被固定，然而构件(11)(其则是振荡构件)正沿着振荡方向(12)振荡。
法向力逐渐增加至设定摩擦压力，振荡的频率和幅度也被设定。软材料层不再能够支撑法向力并且被挤压成“飞边”。界面处的材料在此阶段内不再在滑动摩擦下。
振荡运动在已经达到如下期望的参数之后减小：熔化焊穿(用于轴向缩短限制值的LFW参数，单位mm)、绝对位置(单位mm)、时间(单位s)或者这三者的结合。两个部件被对齐，法向力增加高达锻造压力参数的值。此阶段被称为减速阶段。最后，锻造阶段允许所得接合部冷却，同时维持轴向压缩力——锻造压力。
对于给定的金属合金，在给定的冶金回火中，焊接参数可以被优化以在使用可能的最快焊接速度的同时获得其视觉质量令人满意且其机械强度和/或延伸率被最大化的焊接。焊接参数基本上由振荡幅度和频率、摩擦压力、锻造压力以及熔化焊穿(mm)限定。
本发明涉及至少第一金属构件(10)和至少第二金属构件(11)的线性摩擦焊接，该第一金属构件为具有在纵向方向(L10)上的细长晶粒的铝合金锻制产品的形式，其中根据ASTM E112在纵向定向的表面中的各向异性指数至少是4和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各向异性指数至少是1.5。
图2示出铝合金锻制构件(10)的晶粒定向，具有根据图7的标准ASTM E112的符号。对于纵向定向的表面晶粒的纵向方向是沿着测试线l(0°)；或者对于平面定向的表面p，晶粒的纵向方向是沿着测试线p(0°)。对于纵向定向的表面晶粒的横向方向是沿着测试线l(90°)；或者对于横向定向的表面t，晶粒的横向方向是沿着测试线t(90°)。对于横向定向的表面t，晶粒的平面方向是沿着测试线t(0°)；或者对于平面定向的表面p，晶粒的平面方向是沿着测试线p(90°)。为了方便起见，在本申请中，晶粒的纵向方向l(0°)、p(0°)也被称为L，横向方向l(90°)、t(90°)也被称为T，并且平面方向t(0°)、p(90°)也被称为P，用附加数字表示所考虑的构件。例如，L10是第一构件(10)的纵向方向。
典型地，铝合金锻制产品是已经被充分加工以获得细长晶粒的轧制的、锻造的或挤压的产品，其中根据ASTM E112在纵向定向的表面中的各向异性指数至少是4和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各向异性指数至少是1.5。优选地，根据ASTM E112在纵向定向的表面中的各向异性指数至少是6或者甚至至少是8，和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各向异性指数至少是2或者甚至至少是4。
本发明人已经发现，通过在LFW期间使用特定晶粒定向，可显著提高焊接的机械特性。通常，通过使细长晶粒的纵向方向大体上垂直于焊接平面来焊接金属构件，因为构件的机械特性在纵向方向上较高并且预期沿着此方向加载焊接物品是有益的。
根据本发明，当至少第一金属构件(10)的细长晶粒的纵向方向(L10)被大体上定位在焊接平面之内时，如例如图4中示出的，获得提高的焊接性能。出人意料地，LFW期间最经典的晶粒定向，对于此定向细长晶粒的方向大体上垂直于焊接平面，提供比本发明更低的强度和/或延伸率。在本发明中，“大体上”意味着与严格地“在…之内”条件或“垂直”条件相比较存在数度的差别，典型地小于10度或甚至小于5度的差别，不显著影响结果。
在如下一个实施方案中获得甚至更有利的延伸率，其中所述第一金属构件(10)的晶粒的横向方向(T10)大体上垂直于焊接平面且优选地振荡方向大体上平行于所述第一金属构件(10)的晶粒的平面方向(P10)。在另一个实施方案中可有利的是使所述第一金属构件的晶粒的横向方向(T10)大体在焊接平面之内，以获得强度和疲劳的改进的结合。有利地，所述第一金属构件(10)是锻造构件并且所述第二金属构件(11)是振荡构件。
在本发明的一个实施方案中，为了方便起见，该实施方案被称为“老化之前焊接”实施方案，在不被人工老化的回火(典型地T3或T4回火)中将所述第一金属构件线性摩擦焊接，并且然后执行焊接后热处理。焊接后热处理可以包括溶液热处理和/或淬火和/或老化。优选地，焊接后热处理是在10至80小时期间在120℃到180℃之间的温度下执行的老化处理。焊接物品通常被安置在一个炉中以执行焊接后热处理。在第一“老化之前焊接”实施方案中有利的是所述第二金属构件(11)是铝合金锻制产品的形式，处于不被人工老化的回火中，具有在纵向方向(L11)上的细长晶粒，其中根据ASTM E112在纵向定向的表面中的各向异性指数至少是4和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各向异性指数至少是1.5，并且其中所述第二金属构件(11)的细长晶粒的纵向方向(L11)被定位成大体上垂直于焊接平面。优选地，在此第一“老化之前焊接”实施方案中，振荡方向大体上平行于所述第二金属构件(11)的晶粒的平面方向(P11)。此第一“老化之前焊接”实施方案可以例如通过图4例示。
在第二“老化之前焊接”实施方案中有利的是所述第二金属构件(11)是铝合金锻制产品的形式，处于不被人工老化的回火中，具有在纵向方向(L11)上的细长晶粒，其中根据ASTM E112在纵向定向的表面中的各向异性指数至少是4和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各向异性指数至少是1.5，并且其中所述第二金属构件(11)的细长晶粒的纵向方向(L11)被定位成大体上在焊接平面之内并且其中所述第二金属构件(11)的晶粒的横向方向(T11)大体上垂直于焊接平面。优选地，在此第二“老化之前焊接”实施方案中，振荡方向大体上平行于所述第二金属构件(11)的晶粒的平面方向(P11)。此第二“老化之前焊接”实施方案可以例如通过图5被例示。优选地，根据ASTM E112在纵向定向的表面中的各向异性指数至少是6或甚至至少是8和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各向异性指数至少是2或甚至至少是4。
应注意，在“老化之前焊接”实施方案中，接合部有效系数(joint efficiency)尤其高。如果为了方便起见接合部有效系数被限定为焊接物品的极限抗拉强度与最初构件的L方向上的极限抗拉强度的比，“老化之前焊接”实施方案中的接合部有效系数是至少90％且优选地至少92％。
在本发明的另一个实施方案中，为了方便起见，该实施方案被称为“老化之后焊接”实施方案，在焊接之前，所述第一金属构件在最后冶金回火(典型地T6、T7X或T8)中。最后冶金回火指在最后产品中使用的并且不通过进一步老化处理来改性的冶金回火。通常用于包含Li的铝合金的最后冶金回火是T8回火，用于7XXX系列合金的最后冶金回火典型地是T6或T7X回火，用于不包含Li的2XXX系列合金的最后冶金回火也可以是T3或T4回火。
在“老化之后焊接”实施方案中有利的是所述第二金属构件(11)是铝合金锻制产品的形式，在最后冶金回火中，具有在纵向方向(L11)上的细长晶粒，其中根据ASTM E112在纵向定向的表面中的各向异性指数至少是4和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各向异性指数至少是1.5，并且其中所述第二金属构件的细长晶粒的所述纵向方向被定位成大体上在焊接平面之内。有利地，在此“老化之后焊接”实施方案中，所述第二金属构件的晶粒的横向方向(T11)大体上垂直于焊接平面并且优选地振荡方向大体上平行于所述第二金属构件的晶粒的平面方向(P11)。
在“老化之后焊接”实施方案的另一个实施方案中，其可以在某些情况下具有疲劳性能，所述第二金属构件的晶粒的横向方向(T11)大体上在焊接平面之内。
本发明允许焊接由不同金属合金制成的构件。这可以涉及例如其屈服应力不同的两种铝合金，或者一种铝合金和另一种金属诸如钛合金、钢、铜合金或镍基合金。当第一金属构件和第二金属构件由铝合金制成时，获得尤其有利的特性。
在铝合金中，本发明尤其对2XXX族合金、3XXX族合金、5XXX族合金、6XXX族合金、7XXX族合金以及8XXX族合金是有利的。本发明对由铝锂类型铝合金制成的构件的线性摩擦焊接是尤其有利的，所述铝锂类型铝合金即包含至少按重量计约0.5％的锂的铝合金。
在本发明的范围内，选自组AA2X39、AA2X24、AA2X50、AA2X55、AA2X60、AA2X76、AA2X95、AA2X96、AA2X98、AA2X99中的2XXX合金构件是尤其有利的，并且选自组AA7X10、AA7X40、AA7X49、AA7X50、AA7X75、AA7X81、AA7X85、AA7X99中的7XXX合金构件是尤其有利的。
本发明方法尤其有利于制造结构物品，尤其是用于汽车或飞行器的结构物品。机械构造的“结构物品”在此指其静态机械特性和/或动态机械特性对结构的性能尤其重要的、并且通常对其规定或执行结构分析的机械零件。这些结构物品通常是其故障可能危及所述构造、其使用者或其他人的安全的物品。对于飞行器，这些结构物品包括组成机身的零件(诸如，机身蒙皮、纵梁、舱壁、周围框架)、组成机翼的零件(诸如，上机翼蒙皮或下机翼蒙皮、纵梁或加强筋、肋条和翼梁)和由水平稳定器和垂直稳定器组成的机尾单元，以及地板梁、座椅轨道和门。本发明方法尤其适合于肋条的制造。
实施例
实施例1
已经准备了通过在T8回火中线性摩擦焊接AA2050轧制构件制成的物品。此实施例例示了“老化之后焊接”实施方案。AA2050构件是从板材切割下的75×40×25mm的取样片。AA2050构件具有纵向方向上的细长晶粒，其中根据ASTM E112在纵向定向的表面中的各向异性指数是8.75和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各向异性指数是2.5。晶粒定向参考符合ASTM E112图7并且被表示在图2中。取样片通过接触40×25mm的部段而被线性摩擦焊接，振荡方向是25mm尺寸的方向。表1中提供了AA2050T8板材的机械特性。
表1：在T8回火中用于焊接的AA2050板材的机械特性
表2a和表2b中提供了多种测试样本的定向。作为一个实施例，图3中呈现了测试样本5和测试样本6的锻造零件取样片，图3示出25mm尺寸、45mm尺寸和75mm尺寸的方向。图5中呈现了测试样本5和测试样本6的配置。测试样本1和测试样本2是参考测试样本并且测试样本3到9是根据本发明的。
表2a—锻造构件的晶粒定向
表2b—振荡构件的晶粒定向
通过在由汤姆森(Thomson)摩擦焊接公司制造的E20机器上实现焊接。表3中提供了焊接条件。对于全部样本，熔化焊穿是2.5mm。
表3—实验性线性摩擦焊接参数
表4中提供了焊接物品(L0＝30mm)的抗拉测试的结果和疲劳测试的结果。图6中呈现了极限抗拉强度(Rm)和延伸率之间的平衡。
表4—焊接的样本的机械测试
图6示出对于锻造构件或振荡构件其细长晶粒的纵向方向都定位在焊接平面之内的根据本发明的全部测试样本与不具有此特征的实施例1和实施例2相比展现出强度和延伸率的更好的平衡。图6还示出测试样本5和测试样本6展现出强度和延伸率之间的最好的平衡，所述测试样本5和测试样本6对于锻造构件和振荡构件其晶粒的横向方向l(90°)、t(90°)垂直于焊接平面，并且其已经通过两组不同的线性摩擦焊接方法条件被焊接。然而，注意到，对于锻造构件和振荡构件其晶粒的横向方向l(90°)、t(90°)大体上都在焊接平面之内的测试样本3展现出高强度和高疲劳性能。
实施例2
已经准备了通过在T3回火中线性摩擦焊接AA2050轧制构件制成的物品。此实施例例示“老化之前焊接”实施方案。AA2050构件是被切割成板材的75×40×25mm的取样片。AA2050构件具有的细长晶粒类似于实施例1的AA2050T8构件的细长晶粒。取样片通过接触40×25mm的部段而被线性摩擦焊接，振荡方向是25mm尺寸的方向。在焊接操作之后，在155℃下执行18小时的焊接后热处理。
表5a和表5b中提供了多种测试样本的定向。
测试样本10是参考测试样本并且测试样本11到17是根据本发明的。
表5a—锻造构件的晶粒定向
表5b—振荡构件的晶粒定向
通过在由汤姆森摩擦焊接公司制造的E20机器上实现焊接。焊接条件与实施例1的参考1、4和6的焊接条件相同，除了对于样本17，熔化焊穿是1mm。
表6中提供了焊接物品(L0＝30mm)的抗拉测试的结果和疲劳测试的结果。图7中呈现了极限抗拉强度(Rm)和延伸率之间的平衡。
表6—焊接样本的机械测试
与参考测试样本相比，本发明测试样本展现出显著提高的延伸率。
对于测试样本14获得非常高的延伸率，其中锻造构件的细长晶粒的纵向方向在焊接平面之内并且振荡构件的细长晶粒的纵向方向垂直于焊接平面。测试样本17也展现出强度和延伸率之间的显著提高的平衡。本发明测试样本的疲劳结果通常类似且有时高于参考样本的疲劳结果。
实施例3
已经准备了通过在T8回火中线性摩擦焊接AA2050轧制构件制成的物品。此实施例例示各向异性指数的具体技术效果。AA2050构件是从板材切割下的75×40×25mm的取样片。AA2050构件具有523MPa的极限抗拉强度且背离不严格的各向等大的形状。取样片通过接触40×25mm的部段而被线性摩擦焊接，振荡方向是25mm尺寸的方向。
通过在汤姆森摩擦焊接公司制造的E20机器上实现焊接。焊接条件与实施例1的参考1、4和6的焊接条件相同。
表7中提供了焊接物品(L0＝30mm)的抗拉测试的结果和疲劳测试的结果。图6中呈现了(样本18)极限抗拉强度(Rm)和延伸率之间的平衡。
表7—焊接的样本的机械测试
与测试样本18相比，本发明测试样本展现出显著提高的延伸率，从而获得在强度与延伸率之间的更好平衡。

Claims (17)

1.一种通过沿着物品的平坦表面焊接而形成物品的方法，该物品包括：至少第一金属构件和至少第二金属构件，该第一金属构件为具有在纵向方向(L10)上的细长晶粒的铝合金锻制产品的形式，其根据ASTM E112在纵向定向的表面中的各向异性指数至少是4，和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各向异性指数至少是1.5，其中
-该第一金属构件被定位成与该第二金属构件接触，使得细长晶粒的所述纵向方向(L10)被大体上定位在焊接平面之内，
-该物品通过线性摩擦焊接形成，
其中所述第一金属构件的晶粒的横向方向(T10)大体上垂直于焊接平面，其中所述第一金属构件在焊接之前处于不被人工老化的回火中，并且其中执行后焊接热处理，
其中所述第二金属构件为铝合金锻制产品的形式，其处于不被人工老化的回火中，具有在纵向方向(L11)上的细长晶粒，根据ASTM E112在纵向定向的表面中的各向异性指数至少是4和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各向异性指数至少是1.5，并且其中所述第二金属构件的细长晶粒的纵向方向(L11)被定位成大体上在焊接平面之内。
2.根据权利要求1所述的方法，其中振荡方向大体上平行于所述第一金属构件的晶粒的平面方向(P10)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一金属构件是锻造构件并且其中所述第二金属构件是振荡构件。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一金属构件在焊接之前处于T3或T4中。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二金属构件为铝合金锻制产品的形式，其处于不被人工老化的回火中，具有在纵向方向(L11)上的细长晶粒，根据ASTM E112在纵向定向的表面中的各向异性指数至少是4和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各向异性指数至少是1.5，并且其中所述第二金属构件的细长晶粒的纵向方向(L11)被定位成大体上垂直于焊接平面。
6.根据权利要求5所述的方法，其中振荡方向大体上平行于所述第二金属构件的晶粒的平面方向(P11)。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二金属构件的晶粒的横向方向(T11)大体上垂直于焊接平面。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一金属构件在焊接之前处于T6、T7X或T8中。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第二金属构件为铝合金锻制产品的形式，其处于最后冶金回火中，具有在纵向方向(L11)上的细长晶粒，根据ASTM E112在纵向定向的表面中的各向异性指数至少是4和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各向异性指数至少是1.5，并且其中所述第二金属构件的细长晶粒的所述纵向方向(L11)被定位成大体上在焊接平面之内。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第二金属构件的晶粒的横向方向(T11)大体上垂直于焊接平面。
11.根据权利要求10所述的方法，其中振荡方向大体上平行于所述第二金属构件的晶粒的平面方向(P11)。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一金属构件由铝锂类型铝合金制成。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述物品是飞行器的或汽车的结构物品。
14.根据权利要求9所述方法，其中所述第二金属构件的晶粒的横向方向(T11)大体上在所述焊接平面之内。
15.根据权利要求1所述的方法，其中振荡方向大体上平行于所述第二金属构件的晶粒的平面方向(P11)。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二金属构件由铝锂类型铝合金制成。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述物品是飞行器肋条。
CN201480037137.2A 2013-06-26 2014-06-24 通过线性摩擦焊接获得的改进的结构元件 Expired - Fee Related CN105339125B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13354021 2013-06-26
EP13354021.1 2013-06-26
PCT/IB2014/001817 WO2014207564A2 (en) 2013-06-26 2014-06-24 Improved structural elements obtained by linear friction welding

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105339125A CN105339125A (zh) 2016-02-17
CN105339125B true CN105339125B (zh) 2018-10-12

Family

ID=48875633

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480037137.2A Expired - Fee Related CN105339125B (zh) 2013-06-26 2014-06-24 通过线性摩擦焊接获得的改进的结构元件

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10065266B2 (zh)
EP (1) EP3013514B1 (zh)
KR (1) KR20160023782A (zh)
CN (1) CN105339125B (zh)
BR (1) BR112015032476B1 (zh)
CA (1) CA2916525A1 (zh)
WO (1) WO2014207564A2 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160023782A (ko) * 2013-06-26 2016-03-03 콩스텔리움 이수와르 선형 마찰 용접에 의해 얻어진 개선된 구조적 요소
MX2019001802A (es) 2016-08-26 2019-07-04 Shape Corp Proceso de modelacion en caliente y aparato para flexion transversal de una viga de aluminio extrudida para modelar en caliente un componente estructural del vehiculo.
EP3529394A4 (en) 2016-10-24 2020-06-24 Shape Corp. MULTI-STAGE MOLDING OF ALUMINUM ALLOYS AND THERMAL TREATMENT METHOD FOR PRODUCING VEHICLE COMPONENTS
JP6819959B2 (ja) * 2017-02-02 2021-01-27 国立大学法人大阪大学 線形摩擦接合方法
KR102024575B1 (ko) * 2019-03-25 2019-09-24 에이에프더블류 주식회사 선형 마찰 용접을 이용한 부스바 제조방법
KR102084949B1 (ko) * 2019-04-30 2020-03-05 에이에프더블류 주식회사 부스바 제조방법
KR102415425B1 (ko) * 2019-09-23 2022-07-04 한국생산기술연구원 전기 자동차용 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임 제작 방법 및 알루미늄 합금 배터리 하우징 프레임

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2797396A (en) * 1951-03-27 1957-06-25 Gen Electric Welded miter joints with square lapped joints
US2946119A (en) * 1956-04-23 1960-07-26 Aeroprojects Inc Method and apparatus employing vibratory energy for bonding metals
GB1059911A (en) * 1963-08-19 1967-02-22 Ass Elect Ind Improvements in or relating to evacuated pressure vessels
US3499216A (en) * 1964-08-05 1970-03-10 Mini Ind Constructillor Manufacturing process for magnet steel strips with oriented grains
US3973921A (en) * 1974-03-18 1976-08-10 Reynolds Metals Company Non-detachable tab stock
US4594020A (en) * 1982-08-13 1986-06-10 Mega Industrial Products, Inc. Welded oil well pump rod
US4732312A (en) * 1986-11-10 1988-03-22 Grumman Aerospace Corporation Method for diffusion bonding of alloys having low solubility oxides
US5226580A (en) * 1992-03-25 1993-07-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Automated heat pipe processing system
US5342496A (en) * 1993-05-18 1994-08-30 Tosoh Smd, Inc. Method of welding sputtering target/backing plate assemblies
US5942314A (en) * 1997-04-17 1999-08-24 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Ultrasonic welding of copper foil
US6391129B1 (en) * 1999-06-11 2002-05-21 Corus Aluminium N.V. Aluminium extrusion alloy
US6501043B1 (en) * 1999-10-22 2002-12-31 Medtronic, Inc. Apparatus and method for laser welding of ribbons
JP2003222026A (ja) * 2002-01-30 2003-08-08 Hitachi Ltd タービン翼の製作方法およびタービン翼
US6910616B2 (en) * 2002-03-07 2005-06-28 The Boeing Company Preforms for forming machined structural assemblies
US7360676B2 (en) * 2002-09-21 2008-04-22 Universal Alloy Corporation Welded aluminum alloy structure
US20070138239A1 (en) * 2005-12-15 2007-06-21 Sumitomo Light Metal Industries, Ltd. Method of joining heat-treatable aluminum alloy members by friction stir welding and joined product obtained by the method and used for press forming
US7225967B2 (en) * 2003-12-16 2007-06-05 The Boeing Company Structural assemblies and preforms therefor formed by linear friction welding
US7614539B2 (en) 2004-09-13 2009-11-10 The Boeing Company Method to improve properties of aluminum alloys processed by solid state joining
US7891535B2 (en) 2005-10-13 2011-02-22 The Boeing Company Method of making tailored blanks using linear friction welding
FR2902442B1 (fr) * 2006-06-16 2010-09-03 Aleris Aluminum Koblenz Gmbh Alliage de la serie aa6xxx, a grande tolerance aux dommages pour l'industrie aerospatiale
GB0611926D0 (en) * 2006-06-16 2006-07-26 Rolls Royce Plc Welding of single crystal alloys
US8740042B2 (en) * 2006-07-19 2014-06-03 Nippon Light Metal Company, Ltd. Friction-welded part and method of friction welding
GB0615671D0 (en) * 2006-08-08 2006-09-13 Rolls Royce Plc A method of friction welding
FR2921290B1 (fr) * 2007-09-26 2009-12-04 Tonnellerie Taransaud Barrique de bois, procede de fabrication et machine pour mettre en oeuvre le procede.
US8678267B2 (en) * 2008-10-10 2014-03-25 The Boeing Company System and method for integrally forming a stiffener with a fiber metal laminate
US8852365B2 (en) * 2009-01-07 2014-10-07 The Boeing Company Weldable high-strength aluminum alloys
JP4669903B2 (ja) * 2009-06-05 2011-04-13 住友軽金属工業株式会社 二輪車およびバギー車用フレーム材
EP2653256A1 (en) * 2010-12-14 2013-10-23 Nissan Motor Co., Ltd Bonded object of electroconductive materials
EP2653257A1 (en) * 2010-12-15 2013-10-23 Nissan Motor Co., Ltd Bonding method and members to be bonded
US8640320B2 (en) * 2011-02-10 2014-02-04 GM Global Technology Operations LLC Method of joining by roller hemming and solid state welding and system for same
WO2013058086A1 (ja) * 2011-10-21 2013-04-25 日本軽金属株式会社 蓋付容器の製造方法及び接合方法
CN102528271A (zh) * 2012-01-20 2012-07-04 重庆大学 提高搅拌摩擦焊接镁合金接头力学性能的方法
CN102534446B (zh) * 2012-01-20 2013-08-07 重庆大学 提高镁合金搅拌摩擦焊后接头的力学性能的方法
KR20160023782A (ko) * 2013-06-26 2016-03-03 콩스텔리움 이수와르 선형 마찰 용접에 의해 얻어진 개선된 구조적 요소
US9601837B2 (en) * 2014-01-31 2017-03-21 Ford Global Technologies, Llc Spin-welded electrical ground and spin welding methods
US20160146024A1 (en) * 2014-11-24 2016-05-26 Honeywell International Inc. Hybrid bonded turbine rotors and methods for manufacturing the same
US9951632B2 (en) * 2015-07-23 2018-04-24 Honeywell International Inc. Hybrid bonded turbine rotors and methods for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
US20170050264A1 (en) 2017-02-23
US10065266B2 (en) 2018-09-04
BR112015032476B1 (pt) 2020-02-04
WO2014207564A3 (en) 2015-04-16
BR112015032476A2 (pt) 2017-07-25
CN105339125A (zh) 2016-02-17
EP3013514B1 (en) 2018-08-22
WO2014207564A2 (en) 2014-12-31
KR20160023782A (ko) 2016-03-03
CA2916525A1 (en) 2014-12-31
EP3013514A2 (en) 2016-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105339125B (zh) 通过线性摩擦焊接获得的改进的结构元件
Ma et al. Recent advances in friction stir welding/processing of aluminum alloys: microstructural evolution and mechanical properties
Naseri et al. A new strategy to simultaneous increase in the strength and ductility of AA2024 alloy via accumulative roll bonding (ARB)
Wagner et al. Ultrasonic welding of aluminum alloys to fiber reinforced polymers
Boyer Attributes, characteristics, and applications of titanium and its alloys
RU2440438C2 (ru) Способ изготовления конструкционного элемента для авиастроения, содержащий дифференциальную холодную проковку
İpekoğlu et al. Investigation into the influence of post-weld heat treatment on the friction stir welded AA6061 Al-alloy plates with different temper conditions
Yang et al. Double-sided laser beam welded T-joints for aluminum aircraft fuselage panels: Process, microstructure, and mechanical properties
US8469255B2 (en) Method for assembling aluminum alloy parts by welding
JP6345682B2 (ja) 航空機製造用の変厚構造要素の製造方法
Zhao et al. Investigation of through thickness microstructure and mechanical properties in friction stir welded 7N01 aluminum alloy plate
Burford et al. Advances in friction stir welding for aerospace applications
Wang et al. Effect of the rotation rate on the low-cycle fatigue behavior of friction-stir welded AZ31 magnesium alloy
Plaine et al. Microstructure and mechanical behavior of friction spot welded AA6181-T4/Ti6Al4V dissimilar joints
Moraes et al. Effect of overlap orientation on fatigue behavior in friction stir linear welds of magnesium alloy sheets
Li et al. Microstructure evolution and mechanical properties of linear friction welded Ti‐5Al‐2Sn‐2Zr‐4Mo‐4Cr (Ti17) titanium alloy joints
Hassanifard et al. Fatigue response of friction stir welded joints of Al 6061 in the absence and presence of inserted copper foils in the butt weld
Lage et al. A study of the parameters influencing mechanical properties and the fatigue performance of refill friction stir spot welded AlMgSc alloy
Trdan et al. High-cycle fatigue enhancement of dissimilar 2017A-T451/7075-T651 Al alloy joint fabricated by a single pass FSW without any post-processing
Gao et al. Microstructure-based finite element analysis of mesoscale strain localization and macroscopic mechanical properties of aluminum alloy 2024 laser weld joint
Sriraman et al. Bond characterization in very high power ultrasonic additive manufacturing
Adinoyi et al. Analysis of low-cycle fatigue behavior of AW2099-T83 Al-Li alloy
Poza et al. Mechanical behavior of Al− Li/SiC composites: Part II. Cyclic deformation
Yahya et al. Life prediction of low cycle fatigue behavior in rotating cantilever beam of Al-alloy AA 6063-T6 at room temperature
Robin et al. Effect of SS 316 Wire mesh and SiCp ceramic particles on explosive cladding of dissimilar aluminium Al 5052 and Al 1100 plates subjected to varied loading ratios

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20181012

Termination date: 20210624