鋁合金厚板攪拌摩擦焊的工藝研究.pdf

1、鋁合金厚板被廣泛應(yīng)用于國(guó)防工業(yè)，但采用傳統(tǒng)熔焊方法焊接鋁合金厚板時(shí)，容易產(chǎn)生未熔合的焊接缺陷，焊后接頭存在較大的殘余應(yīng)力，攪拌摩擦焊作為新型的固相連接技術(shù)，特別適用于鋁合金的焊接。本文針對(duì)鋁合金厚板進(jìn)行攪拌摩擦焊試驗(yàn)，采用OM、SEM、EDS等手段對(duì)焊后接頭微觀組織進(jìn)行分析，通過(guò)分層拉伸以及顯微硬度試驗(yàn)評(píng)定接頭的力學(xué)性能，并研究了焊接參數(shù)對(duì)接頭組織和性能的影響，最后在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上利用ANSYS軟件對(duì)攪拌摩擦焊過(guò)程的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬。

2、r>　　研究結(jié)果表明，由于板厚方向上存在較大溫度梯度，焊核區(qū)被分為上部焊核區(qū)、中部焊核區(qū)和下部焊核區(qū)，在后退側(cè)的下部焊核區(qū)晶粒大小不一，組織不均勻，接頭中存在片狀的θ（Al2Cu）強(qiáng)化相和棒狀的S（Al2CuMg）強(qiáng)化相，其中在焊核區(qū)部分θ相發(fā)生溶解，細(xì)小的S相彌散分布在晶界，熱機(jī)械影響區(qū)的強(qiáng)化相表現(xiàn)出一定的方向性，熱影響區(qū)中的強(qiáng)化相發(fā)生粗化現(xiàn)象。分層拉伸結(jié)果顯示上層接頭強(qiáng)度最高，為348MPa，為母材強(qiáng)度的76.5％，下層接頭的強(qiáng)度值

3、最低，上、中層接頭斷裂在后退側(cè)焊核區(qū)與熱機(jī)械影響區(qū)分界處，下層接頭斷裂在后退側(cè)下部焊核區(qū)，橫截面上顯微硬度分布呈“W”形狀，焊核區(qū)硬度值最高，熱影響區(qū)最低，厚度方向上硬度值分布為上高下底。
　　隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加，焊接熱輸入增加，基體相和強(qiáng)化相均有長(zhǎng)大趨勢(shì)，當(dāng)轉(zhuǎn)速為1000rpm時(shí)，焊縫表面過(guò)燒造成起皮并產(chǎn)生大量飛邊，在焊核區(qū)出現(xiàn)粗大組織和孔洞缺陷，上、中層接頭的抗拉強(qiáng)度隨著轉(zhuǎn)速的增加而下降，下層接頭的抗拉強(qiáng)度隨著轉(zhuǎn)速的增加而上升

4、。隨著焊接速度的減小，焊接熱輸入減小，晶粒發(fā)生了細(xì)化，當(dāng)焊速為200mm/min時(shí)，在焊縫表面前進(jìn)側(cè)出現(xiàn)了溝槽缺陷，上層接頭的抗拉強(qiáng)度隨著焊速的增加先增大后減小，中層接頭的抗拉強(qiáng)度逐漸增大，下層接頭的抗拉強(qiáng)度逐漸減小。
　　模擬結(jié)果顯示，攪拌摩擦焊過(guò)程中峰值溫度低于材料熔點(diǎn)，攪拌頭前方溫度梯度較大，后方溫度梯度較小，垂直焊縫方向上峰值溫度隨著到中心線距離的增大而減小，焊縫厚度方向上峰值溫度由上到下逐漸減小，轉(zhuǎn)速的增加、焊速的減小均