鋁合金回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊顯微組織及力學(xué)性能研究.pdf

1、鋁合金回填鋁合金回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊式攪拌摩擦點(diǎn)焊顯微組織顯微組織及力及力學(xué)性能學(xué)性能研究研究Studyonmicrostructuremechanicalpropertiesofrefillfrictionstirspotweldedjointsfaluminumalloys（申請博士學(xué)位）一級學(xué)科：材料科學(xué)與工程學(xué)科專業(yè)：材料加工工程研究生：申志康指導(dǎo)教師：楊新岐教授天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二零一四年十二月摘要回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊是德

2、國GKSS于1999年提出的一種新型固相點(diǎn)焊技術(shù)。由于此焊接方法在鋁合金等輕質(zhì)材料的連接上具有無可比擬的優(yōu)勢，目前已成為鋁合金點(diǎn)焊技術(shù)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。為了驗(yàn)證此焊接方法對不同鋁合金的焊接性，本文選用2024T3、2024T4、5052H112及7075T6鋁合金，對同種和異種鋁合金回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊過程中應(yīng)用基礎(chǔ)問題進(jìn)行了深入研究。研究了同種和異種鋁合金的回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊連接機(jī)理，分析了焊接工藝參數(shù)對接頭顯微組織、焊接缺陷及力學(xué)性能的

3、影響，并重點(diǎn)討論了該點(diǎn)焊過程中固有焊接缺陷的形成機(jī)制及其與接頭力學(xué)性能的交互作用。通過工藝試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同鋁合金的冶金特性與熱塑性流動性是影響回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊過程的關(guān)鍵因素，其次是焊接工藝參數(shù)旋轉(zhuǎn)速度與焊接時間。在本次試驗(yàn)中對0.8mm厚度7075T6鋁合金當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度為2100rpm、焊接時間為33.5s時，可得到組織致密的接頭；對2mm厚度2024T4鋁合金當(dāng)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為1800rpm及焊接時間為6s時，可獲得回填較為充分、組織致密的冶金

4、連接焊縫；但對2mm厚度5052H112鋁合金由于表面包鋁層的影響，在轉(zhuǎn)速為15002100rpm及焊接時間為35s范圍內(nèi)均未獲得無缺陷的點(diǎn)焊接頭；對2mm厚度2024T45052H112異種鋁合金點(diǎn)焊過程當(dāng)焊接工藝為15002000rpm和45s范圍時，可得到組織致密冶金連接接頭；但對2mm厚度2024T37075T6異種鋁合金點(diǎn)焊過程，在15002000rpm及46s的工藝范圍內(nèi)均未獲得無缺陷點(diǎn)焊接頭。與傳統(tǒng)攪拌摩擦焊比較，回填式攪

5、拌摩擦點(diǎn)焊的旋轉(zhuǎn)速度明顯較高(?1500rpm)，低旋轉(zhuǎn)速度下很難獲得無缺陷的焊縫。對同種與異種鋁合金回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭組織特征進(jìn)行了詳細(xì)分析。試驗(yàn)表明，點(diǎn)焊縫區(qū)域組織與傳統(tǒng)攪拌摩擦焊縫具有類似分區(qū)；可劃分為攪拌區(qū)、熱力影響區(qū)、熱影響區(qū)及母材。對0.8mm的7075T6鋁合金而言，由于材料在焊接過程中流動的特殊性，在攪拌區(qū)內(nèi)形成了熱力影響區(qū)；在5052H112鋁合金攪拌區(qū)內(nèi)由于應(yīng)變速率不同，形成的等軸再結(jié)晶晶粒尺寸不同，呈分層分布狀

6、態(tài)。對鋁合金回填式攪拌摩擦焊中所產(chǎn)生的特殊焊接缺陷進(jìn)行了詳細(xì)分析討論。試驗(yàn)表明，在所有的點(diǎn)焊接頭中，焊縫連接界面處均產(chǎn)生各種形態(tài)鉤狀缺陷，由此可見鉤狀缺陷是回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭的固有特征，通過焊接工藝優(yōu)化很難消除；其次圍繞焊核周圍會產(chǎn)生退出線環(huán)形低強(qiáng)度弱連接缺陷；此外在有包鋁層的2024及7075鋁合金接頭中會產(chǎn)生粘連韌帶缺陷。這些特殊焊接缺陷的形態(tài)及分布將對點(diǎn)焊接頭力學(xué)性能產(chǎn)生明顯降低作用。通過金相試驗(yàn)首次在2024及7075鋁合金