鎂合金載流-攪拌摩擦焊接工藝與機(jī)理研究.pdf

1、攪拌摩擦焊接(FSW)作為一種固相連接技術(shù)，具有無需焊絲、無氣孔、無飛濺、焊后殘余應(yīng)力小以及變形小等許多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、航空航天等諸多領(lǐng)域。但是對于像碳鋼、不銹鋼、鈦合金這些高熔點(diǎn)合金來說，攪拌摩擦焊接熱輸入低的特性制約著此項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。本文所研究的載流-攪拌摩擦焊接技術(shù)是將攪拌摩擦焊接中的摩擦熱源與電阻熱相結(jié)合形成復(fù)合熱源，從而克服了常規(guī)攪拌摩擦焊接在焊接高熔點(diǎn)合金上因焊接熱輸入低而在應(yīng)用上受到約束的問題。

2、　　對于載流-攪拌摩擦焊接技術(shù)，目前還缺乏關(guān)于電流形式對同種金屬以及電流大小對異種金屬焊接接頭微觀組織和力學(xué)性能影響方面的研究。本文采用直流、脈沖直流、矩形方波交流、脈沖矩形方波交流4種電流形式對AZ31B鎂合金進(jìn)行了同種金屬載流-攪拌摩擦焊接，從焊接接頭橫截面宏觀形貌、焊縫形成機(jī)理、接頭顯微硬度值、拉伸性能、斷裂機(jī)制等方面研究了電流形式變化對AZ31B鎂合金載流-攪拌摩擦焊接的影響。采用0A,50A,100A,150A電流對 AZ31

3、B鎂合金和ZK60鎂合金進(jìn)行了異種金屬載流-攪拌摩擦焊接，從接頭結(jié)合性能、元素?cái)U(kuò)散、拉伸性能、斷口形貌變化分析了電流大小對AZ31B鎂合金和ZK60鎂合金異種金屬載流-攪拌摩擦焊接的影響。結(jié)果表明：電流形式由直流變?yōu)槊}沖直流并且隨著峰值電流的增加，焊縫寬度將變寬，焊縫橫截面形狀將由“漏斗型”向飽滿的“碗型”變化。焊核區(qū)同時(shí)發(fā)生連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶和不連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶，熱機(jī)械影響區(qū)發(fā)生幾何動態(tài)再結(jié)晶。隨著峰值電流增加，焊核區(qū)晶粒尺寸逐漸減小。焊接

4、接頭橫截面顯微硬度整體呈現(xiàn)“W”型，焊縫區(qū)會出現(xiàn)“軟化”，電流的引入有助于增強(qiáng)軟化區(qū)硬度。拉伸試樣斷裂都發(fā)生在前進(jìn)側(cè)熱機(jī)械影響區(qū)，斷口呈450開裂。電流的引入和峰值電流的增加都可以改善焊接接頭的抗拉性能。拉伸試樣斷口上都分布有大量韌窩，電流的引入或是峰值電流增加都有助于使韌窩增大。在進(jìn)行AZ31B鎂合金和ZK60鎂合金的異種金屬載流-攪拌摩擦焊接時(shí)出現(xiàn)“粘接”現(xiàn)象。隨著電流的增加，異種金屬焊接接頭橫截面結(jié)合部位由平滑的“搭接型”逐漸向彎

5、曲的“鋸齒型”變化，同時(shí)電流的增加也有助于Zn元素在界面的擴(kuò)散。異種金屬拉伸試樣斷口韌窩被拉長。因“粘接”問題，隨電流增加拉伸試樣斷裂形式由韌性斷裂向韌脆混合斷裂變化。
　　此外本文還通過減小軸向壓力進(jìn)行載流-攪拌摩擦焊接的方法分析了孔洞型缺陷的形成機(jī)理以及電流形式對焊接接頭孔洞缺陷形成的影響，并揭示了孔洞型缺陷對焊接接頭力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：孔洞型缺陷都出現(xiàn)在焊接接頭前進(jìn)側(cè)區(qū)域，并且靠近焊接接頭底部的位置。隨著峰值電流的增加