大推力航天发动机液氧输送管路中包含不锈钢与铝合金材料,为满足异种材质管路过渡的设计要求,铝合金管与不锈钢管的过渡一般采用可拆法兰形式,其密封性不及焊接接头。由于铝与钢的热物性差异大、冶金相容性低,采用熔化焊或钎焊方法将不可避免地在焊缝处生成较厚的铁-铝脆性金属间化合物,严重降低接头性能。
黑龙江省先进摩擦焊接技术与装备重点实验室采用惯性摩擦焊方法解决铝/钢异种金属的焊接难题,该方法采用两工件相对旋转产生的摩擦热和外部施加的顶锻压力完成连接,整个焊接过程仅持续数秒钟,热循环温度低,极大降低了界面金属间化合物生成量,同时短时焊接有利于缩窄热力影响区,提高接头力学性能。
针对多系列不同尺寸的铝/钢锻环进行专用焊接夹具设计、焊接端面结构优化、焊接工艺研究与力学性能试验:
铝/钢锻环惯性摩擦焊专用工装 | 铝/钢过渡接头成品 | 铝/钢接头拉伸断裂位置 |
惯性摩擦焊界面SEM分析 | 惯性摩擦焊界面EDS能谱分析 | 惯性摩擦焊界面XRD物相分析 |
近界面组织晶粒再结晶比例、晶粒取向与变形度分析:
惯性摩擦焊接头反极图 | 惯性摩擦焊接头GOS 图 | 惯性廉擦焊接头再结晶晶粒分布 |
铝/钢惯性摩擦焊接头近界面热力影响区织构分析:
铝合金近界面织构特征1 | 织构分布示意图 | 铝合金近界面丝织构特征2 |