材料性能對(duì)鋁合金攪拌摩擦焊焊縫成形及接頭力學(xué)性能的影響.pdf

1、采用圓柱形帶有左螺紋的攪拌頭，對(duì)4mm厚的1060-Y2、6061-T4、5052-H32、2024-T351進(jìn)行同種及異種鋁合金進(jìn)行攪拌摩擦焊對(duì)接試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)同種鋁合金的焊接，研究母材力學(xué)性能對(duì)FSW最佳工藝參數(shù)、焊縫金屬塑性流動(dòng)、接頭力學(xué)性能的影響；分析材料力學(xué)性能對(duì)焊縫成形和接頭性能的影響規(guī)律，為攪拌摩擦焊工藝參數(shù)的優(yōu)化和接頭力學(xué)性能的預(yù)測(cè)等提供理論依據(jù)。
　　研究結(jié)果表明：攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度和焊接速度在一定程度上決定著攪拌摩擦

2、焊焊縫成形質(zhì)量；低中等強(qiáng)度和硬度的鋁合金進(jìn)行攪拌摩擦焊接時(shí)，在較寬的工藝參數(shù)范圍內(nèi)均可獲得外觀良好、內(nèi)部組織無(wú)缺陷的的焊縫；且接頭力學(xué)性能良好。高強(qiáng)度硬度的鋁合金則只能在較窄的工藝參數(shù)范圍內(nèi)良好成形。在合理的工藝參數(shù)范圍內(nèi)，隨著旋轉(zhuǎn)速度或焊接速度的增加，接頭的抗拉強(qiáng)度均呈先增大后減小的趨勢(shì)。建立的數(shù)學(xué)模型可有效地預(yù)測(cè)最佳焊接工藝參數(shù)和接頭力學(xué)性能。
　　同種材料進(jìn)行FSW對(duì)接時(shí)，隨著旋轉(zhuǎn)速度或焊接速度的增大，焊核的寬度和高度均呈先

3、增大后減小的趨勢(shì)；且在最佳工藝參數(shù)下，焊核有效面積最大，與此同時(shí)接頭強(qiáng)度相對(duì)較高。隨著被焊材料的抗拉強(qiáng)度和硬度值的升高，焊縫橫截面焊核前進(jìn)邊高度Ha、返回邊高度Hr以及寬度W越大；同時(shí)厚度方向上的擠壓效應(yīng)隨著母材力學(xué)性能的增大而增強(qiáng)。異種材料FSW焊縫橫截面焊核區(qū)以及紊亂區(qū)主要是以前進(jìn)邊較硬的材料為主。
　　在較佳的工藝參數(shù)下進(jìn)行鋁合金FSW，接頭斷裂位置均在前進(jìn)邊熱影響區(qū)；當(dāng)有包鋁層存在于鋁合金表面時(shí)接頭斷裂主要發(fā)生在包鋁層伸入

4、的焊核和熱機(jī)影響區(qū)交界處。組織不均勻和二次相團(tuán)聚是接頭處產(chǎn)生薄弱點(diǎn)的主要原因，試樣斷裂形式主要為韌性斷裂。接頭與母材的力學(xué)性能存在一定的線性關(guān)系，且接頭的強(qiáng)度和硬度均超過(guò)母材的80％；細(xì)晶強(qiáng)化是提高焊接頭力學(xué)性能的主要原因。母材的強(qiáng)度和硬度越高，攪拌摩擦焊后接頭性能損失越嚴(yán)重。
　　通過(guò)三種其他力學(xué)性能的鋁合金攪拌摩擦焊對(duì)建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型的結(jié)果相差甚小，預(yù)測(cè)接頭強(qiáng)度可控制在2%以內(nèi)。這對(duì)于保證焊接