鋁-鋼異種金屬對接攪拌摩擦焊接工藝及接頭組織與性能的研究.pdf

1、隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和能源危機(jī)的日益突現(xiàn)，工業(yè)產(chǎn)品輕量化越來越受到大家的關(guān)注，鋁鋼的焊接工件既能保證工件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)又減輕了工件本身的重量，在工業(yè)生產(chǎn)中有廣闊的應(yīng)用前景。但鋁鋼物理與化學(xué)性質(zhì)的巨大差異，使得鋁鋼的焊接一直是行業(yè)中的難點(diǎn)。攪拌摩擦焊由于熱輸入少，屬于金屬的固相連接技術(shù)，有效的控制了金屬間化合物的生成，成為異種金屬焊接的主要方法。
　　本試驗(yàn)采用擠壓態(tài)變形鋁合金6082和Q235，經(jīng)過機(jī)械加工后制成尺寸200mm×1

2、00mm×2mm的板件，在型號為FSW-3LM-015的攪拌摩擦焊機(jī)上進(jìn)行鋁鋼對接方式的焊接，由于鋁鋼熱膨脹系數(shù)的差異，在軸肩的作用下鋁合金塑化層覆蓋了整個(gè)焊縫的表面。焊縫表面紋理細(xì)膩均勻，沒有溝槽，飛邊極少，焊縫的背面連接緊密，沒有燒穿和未焊合等缺陷。采用正交優(yōu)化設(shè)計(jì)，研究了主要工藝參數(shù)對接頭抗拉強(qiáng)度的影響，主要的影響因素有攪拌頭轉(zhuǎn)速、焊接速度、偏移量。并得出了最優(yōu)組合參數(shù)：攪拌頭轉(zhuǎn)速為260r/min、焊接速度在16mm/ min、

3、攪拌針長度為1.6 mm。最優(yōu)參數(shù)下所得接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)140MPa。
　　利用掃描電子顯微鏡分析鋁鋼焊縫接頭，發(fā)現(xiàn)接頭的連接方式由機(jī)械結(jié)合和冶金結(jié)合組成。鋼側(cè)金屬嵌入鋁合金基體中，形成“釘子”和“彎鉤”狀分布，使得焊縫接頭形成有效的機(jī)械結(jié)合；同時(shí)在鋁鋼融合線處發(fā)生了元素?cái)U(kuò)散，形成了金屬間化合物，有一層致密均勻的金屬間化合物 FeAl3在界面上生成，厚度約為5μm，其連接方式為冶金結(jié)合。所以鋁-鋼對接方式的攪拌摩擦焊接接頭既有機(jī)

4、械結(jié)合，也有冶金結(jié)合，雙重的連接方式使得接頭具有良好的力學(xué)性能。
　　拉伸試樣斷口的分析，發(fā)現(xiàn)斷裂沒有發(fā)生在鋁鋼金屬的熔合線處，而是發(fā)生在了偏鋁側(cè)的熱機(jī)影響區(qū)與焊核區(qū)的交界處，由于熱機(jī)影響區(qū)受攪拌軸肩的影響，發(fā)生了沉淀相的偏析聚集，組織分布不均勻，硬度有所下降，成為了力學(xué)性能的薄弱區(qū)。拉伸試樣有明顯的頸縮現(xiàn)象，鋁基斷口比較平整，表面呈灰色，纖維狀分布，斷口呈45°開裂。在焊縫的上層和中層發(fā)生的是塑性斷裂，在焊縫底層攪拌針沒有攪到的