DP600-AZ31無匙孔攪拌摩擦點焊塑性金屬流動特性的研究.pdf

1、隨著能源危機的日益嚴重，輕量化技術(shù)受到越來越多的關(guān)注。鎂-鋼連接件既能減輕整體結(jié)構(gòu)的重量，又能保證結(jié)構(gòu)的強度，有著良好的應(yīng)用前景。可是，由于物理化學性能的差異和金屬間化合物的形成，鋼和鎂及其合金的連接一直是焊接領(lǐng)域的難點。攪拌摩擦點焊作為一種優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能和環(huán)保的固相連接方法，在航空、航天、船舶以及車輛制造等領(lǐng)域均有所應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文采用自行設(shè)計的無匙孔攪拌摩擦點焊焊機對1mm厚的DP600鍍鋅鋼板和3mm厚

2、的AZ31鎂合金進行搭接點焊。焊后對接頭分別進行橫切、縱切及層切，采用掃描電鏡(SEM)分析焊接接頭顯微組織和斷口形貌。結(jié)果表明：鎂鋼間的混合主要發(fā)生在攪拌針作用區(qū)域，形成“機械互鎖”的組織形貌，有利于增加兩種材料的有效接觸，形成復(fù)相強化；軸肩作用區(qū)鎂鋼間攪拌不明顯，界面較平滑，鎂鋼界面形成了金屬間化合物以及氧化鎂，降低了接頭的塑性和韌性。對DP600/AZ31無匙孔攪拌摩擦點焊接頭進行拉伸試驗，發(fā)現(xiàn)焊接接頭從搭接界面上斷裂，斷口呈“脈

3、狀花樣”，為延性斷裂。
　　為了得到DP600/AZ31無匙孔攪拌摩擦點焊塑性金屬流動的動態(tài)特征，利用有限元分析軟件ANSYS模擬出點焊過程中的流場。焊接過程中金屬的塑化程度跟溫度相關(guān)，參閱文獻，將軸肩與焊材的摩擦產(chǎn)熱假設(shè)為面熱源，攪拌針的摩擦產(chǎn)熱假設(shè)為體熱源，通過移動坐標系將瞬態(tài)問題轉(zhuǎn)換為穩(wěn)態(tài)問題，獲得了攪拌摩擦點焊過程的溫度場。發(fā)現(xiàn)最高溫度出現(xiàn)在軸肩2/3處，且在鎂合金固相線以下，表明DP600/AZ31無匙孔攪拌摩擦點焊過程

4、無熔化相生成。分析焊接時塑性金屬的流動特性，發(fā)現(xiàn)DP600/AZ31無匙孔攪拌摩擦點焊焊接過程中，焊點區(qū)域粘塑性金屬流動方向與攪拌頭旋轉(zhuǎn)的方向一致，且圍繞焊點中心指向焊點邊緣；DP600上表面塑性金屬流動的最大速度處在軸肩2/3處，鎂/鋼間的連接主要是在攪拌針的插入、后退及回抽的過程中相互嵌入對方，接頭強度有明顯提高，這也是無匙孔攪拌摩擦點焊優(yōu)于其它焊接方法的原因。通過對比試驗結(jié)果與模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬的結(jié)果基本上反應(yīng)了焊接過程中塑性