鋁-銅異種材料的攪拌摩擦焊工藝研究.pdf

1、攪拌摩擦焊作為一種新型的固相連接技術(shù)，能夠有效避免熔焊過程中產(chǎn)生的熱裂紋、氣孔等冶金缺陷。鋁/銅異種材料的物化性能存在較大差異，導(dǎo)致其攪拌摩擦焊接頭成形質(zhì)量差、易生成硬脆的鋁銅金屬間化合物相。本課題主要針對(duì)4mm厚的5A06鋁合金和T2紫銅異種材料攪拌摩擦焊工藝進(jìn)行了研究。
　　 首先對(duì)攪拌頭進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)結(jié)果為：攪拌頭的工具鋼材料進(jìn)行表面滲氮處理；攪拌軸肩為內(nèi)凹形，尺寸為Φ20mm；攪拌針為無螺紋圓臺(tái)形，根部為Φ6mm，

2、上部為Φ4.2mm，攪拌針長度為3.7mm。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的攪拌頭可以成功實(shí)現(xiàn)鋁/銅異種材料的攪拌摩擦焊連接。
　　 考慮到異種材料攪拌摩擦焊工藝的特殊性，重點(diǎn)研究攪拌針扎入位置相對(duì)與焊縫配合面的偏移量以及母材的放置位置對(duì)鋁/銅異種金屬攪拌摩擦焊對(duì)接接頭組織性能的影響，并深入分析對(duì)接接頭的宏觀形貌、微觀組織、顯微硬度及抗拉強(qiáng)度等。工藝試驗(yàn)結(jié)果表明：焊接過程中，熔點(diǎn)較高的T2紫銅試板放置在返回側(cè)，5A06鋁合金試板放置在前進(jìn)側(cè)，攪拌

3、針扎入位置相對(duì)于焊縫配合面偏向鋁合金一側(cè)的距離為0.2~1.0mm，可以得到外觀成形美觀且焊縫內(nèi)部無缺陷的優(yōu)質(zhì)接頭。焊縫上層出現(xiàn)紊亂混合區(qū)，中間層呈現(xiàn)鋁、銅層迭狀混合態(tài)，焊核底部出現(xiàn)典型“洋蔥環(huán)”形貌。當(dāng)銅板置于返回側(cè)時(shí)，接頭抗拉強(qiáng)度的平均值高于銅板置于前進(jìn)側(cè)，其最大抗拉強(qiáng)度可達(dá)236MPa，為紫銅母材的79.8%。試樣拉伸斷口呈現(xiàn)四種特殊形貌，當(dāng)銅板放置在返回側(cè)時(shí)，斷面光滑且與拉伸方向呈45度夾角或是斷面呈鋁/銅交替層狀形貌。斷裂位置

4、多位于前進(jìn)側(cè)熱影響區(qū)或焊核區(qū)，斷口SEM微觀形貌多呈塑性韌窩狀。接頭XRD物相分析及EDS成分分析的結(jié)果表明，焊縫區(qū)主要形成Al2Cu、AlCu金屬間化合物，致使焊核區(qū)硬度值波動(dòng)較大。
　　 通過對(duì)焊縫“洋蔥環(huán)”特征進(jìn)行分析，進(jìn)一步研究攪拌摩擦焊接頭的產(chǎn)熱機(jī)制及成形機(jī)理，認(rèn)為在合適的工藝參數(shù)下得到的接頭焊核區(qū)中，鋁/銅分界線明顯，在焊核區(qū)底部可以清晰地觀察到“洋蔥環(huán)”區(qū)域中呈現(xiàn)的塑性金屬流動(dòng)軌跡。焊核區(qū)組織經(jīng)歷了回復(fù)再結(jié)晶過程，