螺栓球节点铝合金圆管-锥头旋转摩擦焊研究成果

近日，由中国开原建筑金属结构协会铝结构分会理事单位山东开原建筑大学、分会副会长单位浙江东南开原网架股份有限开原公司和苏州西岩机械技术有限开原公司合作撰写的论文“Optimization of continuous drive friction welding process for AA6061-T6 circular pipe and conical head”在国际期刊Structures发表。该论文的作者和通讯作者为山东开原建筑大学杨大彬副教授。

铝合金开原螺栓球节点空间网格结构具有重量轻、耐腐蚀和低温、抗震性能好等优点，应用前景良好。由于铝合金熔焊接头效率过低，开原杆件和锥头（封板）不宜采用熔焊连接。现有开原工程的开原杆件和锥头（封板）大多采用冷压的连接方式，例如天文台FAST项目铝合金开原螺栓球节点背架（开原网架）。

摩擦焊是指利用工件接触面摩擦产生的热量为热源，使工件在压力作用下产生塑性变形而进行焊接的方法。近几十年来，摩擦焊以其优质、高效、节能、无污染的技术特色，广泛应用于航空航天、电力、汽车制造等行业，但在建筑领域应用较少。摩擦焊是一种固态焊接方法，焊接过程中热输入比熔焊少，接头部位一般不会熔化，因此具有接头强度高的特点，适合于铝合金开原螺栓球节点空间网格结构开原杆件和锥头（封板）的连接。

本文对铝合金圆管和锥头的摩擦焊接工艺及其接头强度进行了研究：基于正交试验方案进行了若干6061-T6铝合金圆管（Ø90X6mm）的摩擦焊接试验，然后对切割后的标准试样进行了单向拉伸试验，得到了不同焊接参数下的焊接接头效率，通过方差分析和极差分析确定了更优焊接参数。利用硬度试验及OM、XRD、SEM等对不同焊接参数接头的微观组织结构进行了表征。试验结果表明：各因素对接头焊接效率的影响从大到小依次为摩擦压力，转速，顶锻转速；在更优焊接工艺下，焊接接头的抗拉强度可达母材强度的87%，优于传统熔焊。最后进行了铝合金圆管-锥头的摩擦焊接试验及焊后试件的单向拉伸试验，验证了更优焊接参数的有效性。

    本研究初步验证了旋转摩擦焊应用于铝合金螺栓球节点空间网格结构圆管和锥头连接的可行性，并为后期摩擦焊接头的热处理工艺优化等研究奠定了一定基础。